.NET WebSockets 核心原理初体验

发表于:2021-8-30 09:50  作者:舒莫财讯   来源:今日头条

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  WebSockets简介
  为支持在在客户端/服务端双向通信,引入了WebSockets。
  HTTP 1.0:我们每次向服务器发送请求时都需要重新创建连接(关闭之前的连接)。
  HTTP 1.1中,新增的keep-alive语法引入了持久连接机制,至此连接可以被重用---这能减小通信延迟。(因为服务器能感知客户端,并且不需要为每个请求重开握手过程)
  WebSockets 依附于HTTP1.1协议的持久连接机制,因此如果你是第一次发起WebSockets连接,这实际是一个HTTP1.1请求,协商成功后开始全双工通信。
  下图描述了初始化(握手),数据传输,关闭WebSockets的过程。
  协议有两部分: 握手和数据传输
  握手
  "握手"的目的是与基于HTTP协议的服务端软件和代理程序兼容,这样 http客户端/websocket客户端都可以使用一个端口与服务器通信。
  简而言之,WebSocket连接基于单个端口上的HTTP(以TCP传输):
  1. 服务器在指定的端口(80/443)上监听传入的TCP套接字连接
  2. 客户端使用HTTP GET请求启动握手(这就是“WebSockets”中的“Web”含义)。在请求头中,客户端将要求服务器将连接Upgrade到WebSocket。
  3. 服务器发送一个握手响应,通知客户端它将把协议从HTTP更改为WebSocket。
  4. 客户端/服务器协商连接细节。如果条款不匹配,任何一方都可以退出。
  GET /ws-endpoint HTTP/1.1
  Host: example.com:80
  Upgrade: websocket
  Connection: Upgrade
  Sec-WebSocket-Key: L4kHN+1Bx7zKbxsDbqgzHw==
  Sec-WebSocket-Version: 13
  请注意: 客户端发送Connection:Upgrade和Upgrade:websocket请求头
  服务端握手响应:
  HTTP/1.1 101 Switching Protocols
  Upgrade: websocket
  Connection: Upgrade
  Sec-WebSocket-Accept: CTPN8jCb3BUjBjBtdjwSQCytuBo=
  注意:服务端返回HTTP/1.1 101 Switching Protocols状态码,其他非101的状态码都同日是握手失败。
  数据传输
  任意一方可以在任意时间发送消息,因为这是全双工通信协议。
  消息由一个或多个帧组成,一个帧可以是二进制、文本、控制帧(0x8 Close,0x9 Ping,0xA Pong)
  ASP.NETCore Server listening WebSockets request
  dotnet new webapi -n WebSocketsTutorial
  dotnet add WebSocketsTutorial/ package Microsoft.AspNet.SignalR
  为简化本次内容,我不会谈论SignalR(集线器和其他东西)。
  本次将完全基于WebSocket通信。
  app.UseWebSockets();
  新增WebSocketsController.cs,添加如下代码:
  using System;
  using System.Net.WebSockets;
  using System.Text;
  using System.Threading;
  using System.Threading.Tasks;
  using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
  using Microsoft.Extensions.Logging;
  namespace WebSocketsTutorial.Controllers
  {
      [ApiController]
      public class WebSocketsController : ControllerBase
      {
          private readonly ILogger<WebSocketsController> _logger;
          public WebSocketsController(ILogger<WebSocketsController> logger)
          {
              _logger = logger;
          }
          [HttpGet("ws")]
          public async Task Get()
          {
            if (HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest)
            {
                using var webSocket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();
                _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection established");
                await Echo(webSocket);
            }
            else
            {
                HttpContext.Response.StatusCode = 400;
            }
          }
          
          private async Task Echo(WebSocket webSocket)
          {
             WebSocketReceiveResult result = null;
             do
              {
                  var buffer = new byte[1024 * 4];
                  result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
                  _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from  Client");
                  var serverMsg = Encoding.UTF8.GetBytes($"Server: Hello. You said: {Encoding.UTF8.GetString(buffer).Trim((char)0)}");
                  await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(serverMsg, 0, serverMsg.Length), result.MessageType, result.EndOfMessage, CancellationToken.None);
                  _logger.Log(LogLevel.Information, "Message sent to Client");
              }
             while (!result.CloseStatus.HasValue);
              await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value,result.CloseStatusDescription,CancellationToken.None);
              _logger.Log(LogLevel.Information,"websocket connection closed");
          }
      }
  }
  在握手之后,服务端不需要等待客户端发起消息,就可以推送消息到客户端。
  启动ASP.NET Core 服务端,程序在/ws路由监听WebSockets请求, 回发客户端发送过来的消息。
  Browser client using WebSockets api
  在浏览器Console编写js代码发起客户端websockets请求:
  let webSocket = new WebSocket('wss://localhost:5001/ws');
  在该请求的network- Messages tab页面可观察双向通信:
  除此之外,服务器/客户端维护了pingpong机制,以查看客户端是否还活着。
  如果您真的想看看这些数据包,可以使用Fiddler之类的工具来了解一下。
  -- 双击websocket 请求--
  整个过程在Chrome-Network上只会有一个记录,所以你如果要看"握手过程", 也请在刚在的tab页面查看。
  原文链接:https://www.cnblogs.com/JulianHuang/p/14681331.html

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