Python—Tornado框架（三）WebSocket原理_python tornado websocket

Python——Tornado框架（三）、WebSocket

参考博文：https://www.cnblogs.com/wupeiqi/p/6558766.html

一、WebSocket介绍

Http——socket实现，短链接。链接之后断开。只能请求响应。

WebSocket——socket实现，双工通道。想什么时候断就什么时候断。不仅请求响应，还能推送。

本质就是Socket创建链接，不断开。

知道了本质，就可以从socket入手：

二、WebSocket握手过程分析

• 服务端（socket服务端）
  1、服务端开启socket，监听IP和端口
  3、允许链接
  *5、服务端接收到特殊值【特殊值加密，sha1加密，magic string=258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11】（这个magic string 是固定值）
  6、加密后的值发送给客户端

• 客户端（浏览器）
  2、客户端发起请求（IP和端口）
  *4、客户端生成一个特殊值，向服务端发送一段特殊值 “xxxxxxxxx”。切客户端自己加密这段特殊值，但不发送。
  7、客户端接收到加密的的值，与自己加密的值相比较，如果一样的话，说明遵循了WebSocket协议。

收发数据

三、基于Python实现WebSocket握手过程

由于是通过socket实现的，先简单的搭建：
后端：

前端：

可以看到后端部分data是接收信息的，可以先看下接收到的信息有什么：
可以看到获取到了很多信息，可以发现很像 http 的请求头之类的东西。我们可以写一个函数对这段信息进行分隔：

def get_headers(data):
    """
    将请求头格式化成字典
    :param data:
    :return:
    """
    header_dict = {}
    data = str(data, encoding='utf-8')
 
    header, body = data.split('\r\n\r\n', 1)
    header_list = header.split('\r\n')
    for i in range(0, len(header_list)):
        if i == 0:
            if len(header_list[i].split(' ')) == 3:
                header_dict['method'], header_dict['url'], header_dict['protocol'] = header_list[i].split(' ')
        else:
            k, v = header_list[i].split(':', 1)
            header_dict[k] = v.strip()
    return header_dict
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分割后的信息：

接着我们就能看到生成的随机字符串：

既然获取到这个值，就可以对它进行加密：

接着：

发送给客户端之后，就要进行对比：

效果：

可以看到成功实现，如果把maigc_srring稍微改动一点，就可以看到链接失败：

四、WebSocket数据解析过程

1、客户端向服务端发送消息

客户端发送：

服务端接收：

然后结果：

可以看到这就是我们接收到的东西。

接收到数据以后，需要通过一定的方式才能看到信息。

2、数据解析

因为一个字节8位，所以前8个数字代表一个字节。

因为info接收到这些字节，所以 Info[0]，就是拿第一个字节。要计算一个字节后四位的值，可以通过 跟 00001111 进行与运算，就能知道相对应的值。

(看上图)
所以 oncode = info[0] & 15
如果我们想要 fin （上图第一个）的值，可以通过拿到第一个字节，向右移动7位，就可以拿到：
fin = info[0] >>7

可以看到payload len占7位。（如果全是1，则最大是127）
所以 payload len的值为：
payload_len = info[1] & 127

重点：payload len的长度会决定往后占多少，后面占几位，payload len说了算。

如果payload len小于126，表示：

表示刚好就这么多位置，后面放数据。

如果payload len等于126：
再往后延伸16位（两个字节）

如果payload len大于126：
往后延伸64位（8个字节）

3、masking key

数据部分的前面4个字节，是masking key，发送的数据已经进行加密，需要通过前面4个字节进行解密。
数据头—masking key—数据

4、数据解包

既然知道了原理，就可以进行解包：

info = conn.recv(8096)

    payload_len = info[1] & 127
    if payload_len == 126:
        extend_payload_len = info[2:4]
        mask = info[4:8]
        decoded = info[8:]
    elif payload_len == 127:
        extend_payload_len = info[2:10]
        mask = info[10:14]
        decoded = info[14:]
    else:
        extend_payload_len = None
        mask = info[2:6]
        decoded = info[6:]

    bytes_list = bytearray()
    for i in range(len(decoded)):
        chunk = decoded[i] ^ mask[i % 4]
        bytes_list.append(chunk)
    body = str(bytes_list, encoding='utf-8')
    print(body)

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能分割开了，就能去解码了（原理）：

后端：

然后再次看效果：

就能发现成功接收到数据。

如果字节是一个一个解，则只能解码英文。因为中文是三个三个字节。中文就不要直接解成字符串，中文先解成字节，最后全部都是字节，再统一转换成字符串。所以这里不仅能解码英文，还能解码中文：

5、客户端服务端互发消息

如果我们加上一个循环，就能不断接收：


后端：

然后服务端发送消息：
代码：

前端：

效果：