WebSocket消息帧的组成结构

WebSocket消息帧是WebSocket协议中的一个基本单位，它定义了数据在客户端和服务器之间传递的格式。每个数据帧包含了不同类型的数据和各种控制信息。以下是WebSocket消息帧的组成结构：

WebSocket 帧结构

1. FIN、RSV1、RSV2、RSV3 和 opcode（第一个字节）

   • FIN（1位）：表示是否为最后一个帧。值为1时，表示这是消息的最后一个帧；值为0时，表示后续还有帧。
   • RSV1、RSV2、RSV3（各1位）：保留位，通常为0，除非协议规定了扩展。
   • opcode（4位） ：表示帧的类型，常见的值有：
     • 0x0：继续帧（Continuation frame）
     • 0x1：文本帧（Text frame）
     • 0x2：二进制帧（Binary frame）
     • 0x8：连接关闭（Connection Close frame）
     • 0x9：Ping帧（Ping frame）
     • 0xA：Pong帧（Pong frame）

2. MASK 和 Payload length（第二个字节）

   • MASK（1位）：指示数据是否被掩码处理。客户端发送的数据必须被掩码，因此该位为1；服务器发送的数据不需要掩码，因此该位为0。
   • Payload length（7位、7 + 16 位、或者 7 + 64 位） ：表示有效载荷数据的长度。
     • 如果值在0到125之间，表示数据的实际长度。
     • 如果值为126，表示后续的2个字节（16位无符号整数）是有效载荷长度。
     • 如果值为127，表示后续的8个字节（64位无符号整数）是有效载荷长度。

3. 扩展的 Payload length（可选）

   • 当Payload length为126时，这部分是16位的无符号整数，表示实际数据长度。
   • 当Payload length为127时，这部分是64位的无符号整数，表示实际数据长度。

4. MASK key（0 或 4 字节）

   • 仅在MASK位为1时存在，长度为4字节（32位），用于掩码/解码数据。

5. Payload data（可变长度）

   • 实际的数据内容。数据长度由前面的Payload length字段定义。
   • 如果MASK位为1，则在发送数据时需要用MASK key解码，接收数据时需要用MASK key编码。

帧的发送和接收过程

一个典型的WebSocket消息帧在传输过程中的大致结构如下：

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 ...                :
+---------------------------------------------------------------+

具体示例

例如，一个包含长度为126字节的数据文本帧的Basic示例如下：

0xffff0000  // FIN=1, RSV1=0, RSV2=0, RSV3=0, opcode=0x1 (文本帧)
0x7e000002  // MASK=1, Payload length=126 (表示后面有126字节的数据)
0x12345678  // Masking key（掩码键）
<mask adjusted data>  // 实际数据，数据长度为126字节

通过这种详细结构，可以灵活的把消息帧从客户端发送到服务器，或者从服务器发送到客户端，并进行解析或处理。