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websocket 内的操作码fin和opcode

作者：AllinToyou | 2024-03-26 08:33:16

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websocket 内的操作码fin和opcode

websocket传输的头两个字节非常关键，提供了每一帧的基本信息，RFT6455中给出了帧头的格式说明：

      0                   1                   2                   3
      0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
     +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
     |F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
     |I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
     |N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
     | |1|2|3|       |K|             |                               |
     +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
     |     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
     + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
     |                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
     +-------------------------------+-------------------------------+
     | Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
     +-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +
     :                     Payload Data continued ...                :
     + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +
     |                     Payload Data continued ...                |
     +---------------------------------------------------------------+

第一个字节中最重要的就是fin位和opcode位，用c++的struct bit field配合union可以方便的对数据实现存取，这儿给出一个例子：

  1. #ifndef TAGWEBSCOKETFRAMEOPCODE_H
  2. #define TAGWEBSCOKETFRAMEOPCODE_H
  3. //Begin section for file tagWebScoketFrameOpCode.h
  4. //TODO: Add definitions that you want preserved
  5. //End section for file tagWebScoketFrameOpCode.h
  6. #include "../../Common.h"
  7.  
  8.  
  9.  
  10. namespace boson
  11. {
  12.  
  13.  
  14.  
  15.     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  16.     union tagWebScoketFrameOpCode
  17.     {
  18.  
  19.         //Begin section for boson::tagWebScoketFrameOpCode
  20.         //TODO: Add attributes that you want preserved
  21.         //End section for boson::tagWebScoketFrameOpCode
  22.  
  23.         public:
  24.  
  25.  
  26.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  27.             struct tagWebScoketFrameOpCodeBits
  28.             {
  29.  
  30.                 //Begin section for boson::tagWebScoketFrameOpCode::tagWebScoketFrameOpCodeBits
  31.                 //TODO: Add attributes that you want preserved
  32.                 //End section for boson::tagWebScoketFrameOpCode::tagWebScoketFrameOpCodeBits
  33.  
  34.  
  35.  
  36.                 public:
  37.  
  38.  
  39.  
  40.                     #if BYTE_ORDER == LITTLE_ENDIAN
  41.  
  42.  
  43.  
  44.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  45.                     U08 code : 4;
  46.  
  47.  
  48.  
  49.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  50.                     U08 rsv3 : 1;
  51.  
  52.  
  53.  
  54.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  55.                     U08 rsv2 : 1;
  56.  
  57.  
  58.  
  59.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  60.                     U08 rsv1 : 1;
  61.  
  62.  
  63.  
  64.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  65.                     U08 fin0 : 1;
  66.  
  67.  
  68.  
  69.                     #elif BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
  70.  
  71.  
  72.  
  73.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  74.                     U08 fin0 : 1;
  75.  
  76.  
  77.  
  78.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  79.                     U08 rsv1 : 1;
  80.  
  81.  
  82.  
  83.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  84.                     U08 rsv2 : 1;
  85.  
  86.  
  87.  
  88.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  89.                     U08 rsv3 : 1;
  90.  
  91.  
  92.  
  93.                     //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  94.                     U08 code : 4;
  95.  
  96.  
  97.  
  98.                     #endif 
  99.  
  100.  
  101.  
  102.             };  //end struct tagWebScoketFrameOpCodeBits
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.         public:
  108.  
  109.  
  110.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  111.             U08 data;
  112.  
  113.  
  114.  
  115.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  116.             tagWebScoketFrameOpCodeBits bits;
  117.  
  118.  
  119.  
  120.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  121.             tagWebScoketFrameOpCode(); 
  122.  
  123.  
  124.  
  125.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  126.             tagWebScoketFrameOpCode(const tagWebScoketFrameOpCode & value); 
  127.  
  128.  
  129.  
  130.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  131.             ~tagWebScoketFrameOpCode(); 
  132.  
  133.  
  134.  
  135.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  136.             tagWebScoketFrameOpCode & operator=(const tagWebScoketFrameOpCode & value ); 
  137.  
  138.  
  139.  
  140.             //@generated "UML to C++ (com.ibm.xtools.transform.uml2.cpp.CPPTransformation)"
  141.             void Clear(); 
  142.  
  143.  
  144.  
  145.     };  //end union tagWebScoketFrameOpCode
  146.  
  147.  
  148.  
  149. } //end namespace boson
  150.  
  151.  
  152.  
  153. #endif

 在定义结构体的时候休要注意字节序的大小端区别，这篇文章要讲的就是就是这个字节数据所代表的含义。

这个字节由几部分构成：fin, rsv1, rsv2, rsv3, opcode，其中对 fin 的解释如下：

FIN: 1 bit

Indicates that this is the final fragment in a message. The first fragment MAY also be the final fragment.

fin 的含义很简单：这一段数据是否是最后一部分数据。因为websocket允许将一段长数据拆分成多个帧来发送，避免如果一帧内发送数据太长，对控制帧造成的阻塞。因此在实现的时候，必须考虑拆分较长的数据，每一帧发送不超过限度的长度，比如64K字节。

rsv1 - 3 不用考虑，被保留的位。

opcode 的解释如下：

Opcode: 4 bits

Defines the interpretation of the "Payload data". If an unknown opcode is received, the receiving endpoint MUST _Fail the WebSocket Connection_. The following values are defined.

* %x0 denotes a continuation frame

* %x1 denotes a text frame

* %x2 denotes a binary frame

* %x3-7 are reserved for further non-control frames

* %x8 denotes a connection close

* %x9 denotes a ping

* %xA denotes a pong

* %xB-F are reserved for further control frames

opcode 是帧的用途定义，这儿简单做一个解释：

0 表示连续帧，1 表示 payload 是文本，2 表示 payload 是二进制流，

3 - 7 保留，

8 连接关闭，9 心跳 ping，A 心跳 pong，

B - F 保留。

其中，0，1，2是正常传输数据用的代码，8，9，A是标准的控制帧。

在 webscoket 中，控制帧有一个限定：控制帧不允许分段（5.4. Fragmentation），意思就是，控制帧只允许作为一个完整的帧一次性发送。不能像数据帧那样分段发送，因此在微软实现的webscoket 类中，如关闭帧只允许带最长125字节的数据（还包括两字节的状态码）。

做出这样的限制的目的是，控制帧允许在分段的数据之间发送。因此，为什么将0，1，2和8，9，A分列开，也是处于这个原因。

在分段传递数据时, 会先收到一个Text / Binary opcode, 它的Fin位是0 (More Fragment), 后续的数据会以Continuation Frame的形式发送, 直到最后一片Fin位是1 (Last Fragment) 的Continuation Frame结束, 中间不会穿插其它的数据帧（控制帧除外, 例如Close, Ping, Pong）。

所以我们在处理webscoket帧的时候，如果Fin位为0，则不处理，将帧放入一个缓存，发现 Fin 位为1 的时候就可以处理帧了，根据帧的opcode来判断，如果是控制帧就直接处理，如果连续帧，就将之前缓存的帧拼接成一个完整的payload即可。

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