WebSocket服務器

握手協議的客戶端數據已經由瀏覽器代勞了，服務器端需要我們自己來實現，目前市場上開源的實現也比較多如：

• Kaazing WebSocket Gateway(一個 Java 實現的 WebSocket Server)；
• mod_pywebsocket(一個 Python 實現的 WebSocket Server)；
• Netty(一個 Java 實現的網絡框架其中包括了對 WebSocket 的支持)；
• node.js(一個 Server 端的 JavaScript 框架提供了對 WebSocket 的支持)；
• WebSocket4Net(一個.net的服務器端實現)；
  

其實在目前的.net4.5框架中已經實現了WebSocket，不用官方實現，我們自己來寫個簡單的。服務器端需要根據協議來握手、接收和發送。

握手

首先我們再來回顧下握手協議：

1. 客戶端發到服務器的內容:
2. GET /chat HTTP/1.1
3. Host: server.example.com
4. Upgrade: websocket
5. Connection: Upgrade
6. Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
7. Origin: http://example.com
8. Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
9. Sec-WebSocket-Version: 13
10.  
11. 從服務器到客戶端的內容:
12. HTTP/1.1 101 Switching Protocols
13. Upgrade: websocket
14. Connection: Upgrade
15. Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
16. Sec-WebSocket-Protocol: chat

關鍵是服務器端Sec-WebSocket-Accept，它是根據Sec-WebSocket-Key計算出來的：

1. 取出Sec-WebSocket-Key，與一個magic string “258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11” 連接成一個新的key串；
2. 將新的key串SHA1編碼，生成一個由多組兩位16進制數構成的加密串；
3. 把加密串進行base64編碼生成最終的key，這個key就是Sec-WebSocket-Key；

實例代碼如下：

1. /// <summary>
2. /// 生成Sec-WebSocket-Accept
3. /// </summary>
4. /// <param name="handShakeText">客戶端握手信息</param>
5. /// <returns>Sec-WebSocket-Accept</returns>
6. private static string GetSecKeyAccetp(byte[] handShakeBytes,int bytesLength)
7. {
8. string handShakeText = Encoding.UTF8.GetString(handShakeBytes, 0, bytesLength);
9. string key = string.Empty;
10. Regex r = new Regex(@"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n");
11. Match m = r.Match(handShakeText);
12. if (m.Groups.Count != 0)
13. {
14. key = Regex.Replace(m.Value, @"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n", "$1").Trim();
15. }
16. byte[] encryptionString = SHA1.Create().ComputeHash(Encoding.ASCII.GetBytes(key + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"));
17. return Convert.ToBase64String(encryptionString);
18. }

如果握手成功，將會觸發客戶端的onopen事件。

解析接收的客戶端信息

接收到客戶端數據解析規則如下：

• 1byte
  1bit: frame-fin，x0表示該message後續還有frame；x1表示是message的最後一個frame
  3bit: 分別是frame-rsv1、frame-rsv2和frame-rsv3，通常都是x0
  4bit: frame-opcode，x0表示是延續frame；x1表示文本frame；x2表示二進制frame；x3-7保留給非控制frame；x8表示關 閉連接；x9表示ping；xA表示pong；xB-F保留給控制frame
• 2byte
  1bit: Mask，1表示該frame包含掩碼；0，表示無掩碼
  7bit、7bit+2byte、7bit+8byte: 7bit取整數值，若在0-125之間，則是負載數據長度；若是126表示，後兩個byte取無符號16位整數值，是負載長度；127表示後8個 byte，取64位無符號整數值，是負載長度
• 3-6byte: 這裏假定負載長度在0-125之間，並且Mask爲1，則這4個byte是掩碼
• 7-end byte: 長度是上面取出的負載長度，包括擴展數據和應用數據兩部分，通常沒有擴展數據；若Mask爲1，則此數據需要解碼，解碼規則爲1-4byte掩碼循環和數據byte做異或操作。

解析代碼如下，但沒有處理多幀和不包含掩碼的包：

1. /// <summary>
2. /// 解析客戶端數據包
3. /// </summary>
4. /// <param name="recBytes">服務器接收的數據包</param>
5. /// <param name="recByteLength">有效數據長度</param>
6. /// <returns></returns>
7. private static string AnalyticData(byte[] recBytes, int recByteLength)
8. {
9. if (recByteLength < 2) { return string.Empty; }
10.  
11. bool fin = (recBytes[0] & 0x80) == 0x80; // 1bit，1表示最後一幀
12. if (!fin){
13. return string.Empty;// 超過一幀暫不處理
14. }
15.  
16. bool mask_flag = (recBytes[1] & 0x80) == 0x80; // 是否包含掩碼
17. if (!mask_flag){
18. return string.Empty;// 不包含掩碼的暫不處理
19. }
20.  
21. int payload_len = recBytes[1] & 0x7F; // 數據長度
22.  
23. byte[] masks = new byte[4];
24. byte[] payload_data;
25.  
26. if (payload_len == 126){
27. Array.Copy(recBytes, 4, masks, 0, 4);
28. payload_len = (UInt16)(recBytes[2] << 8 | recBytes[3]);
29. payload_data = new byte[payload_len];
30. Array.Copy(recBytes, 8, payload_data, 0, payload_len);
31.  
32. }else if (payload_len == 127){
33. Array.Copy(recBytes, 10, masks, 0, 4);
34. byte[] uInt64Bytes = new byte[8];
35. for (int i = 0; i < 8; i++){
36. uInt64Bytes[i] = recBytes[9 - i];
37. }
38. UInt64 len = BitConverter.ToUInt64(uInt64Bytes, 0);
39.  
40. payload_data = new byte[len];
41. for (UInt64 i = 0; i < len; i++){
42. payload_data[i] = recBytes[i + 14];
43. }
44. }else{
45. Array.Copy(recBytes, 2, masks, 0, 4);
46. payload_data = new byte[payload_len];
47. Array.Copy(recBytes, 6, payload_data, 0, payload_len);
48.  
49. }
50.  
51. for (var i = 0; i < payload_len; i++){
52. payload_data[i] = (byte)(payload_data[i] ^ masks[i % 4]);
53. }
55. return Encoding.UTF8.GetString(payload_data);
56. }

發送數據至客戶端

服務器發送的數據以0x81開頭，緊接發送內容的長度（若長度在0-125，則1個byte表示長度；若長度不超過0xFFFF，則後2個byte 作爲無符號16位整數表示長度；若超過0xFFFF，則後8個byte作爲無符號64位整數表示長度），最後是內容的byte數組。

代碼如下：

1. /// <summary>
2. /// 打包服務器數據
3. /// </summary>
4. /// <param name="message">數據</param>
5. /// <returns>數據包</returns>
6. private static byte[] PackData(string message)
7. {
8. byte[] contentBytes = null;
9. byte[] temp = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
10.  
11. if (temp.Length < 126){
12. contentBytes = new byte[temp.Length + 2];
13. contentBytes[0] = 0x81;
14. contentBytes[1] = (byte)temp.Length;
15. Array.Copy(temp, 0, contentBytes, 2, temp.Length);
16. }else if (temp.Length < 0xFFFF){
17. contentBytes = new byte[temp.Length + 4];
18. contentBytes[0] = 0x81;
19. contentBytes[1] = 126;
20. contentBytes[2] = (byte)(temp.Length & 0xFF);
21. contentBytes[3] = (byte)(temp.Length >> 8 & 0xFF);
22. Array.Copy(temp, 0, contentBytes, 4, temp.Length);
23. }else{
24. // 暫不處理超長內容
25. }
26.  
27. return contentBytes;
28. }