面试题：网络编程之WebSocket数据传输机制基础

Question

简述WebSocket的数据传输机制，包括如何建立连接以及数据传输的基本过程。同时说明WebSocket帧格式中，Opcode字段的常见取值及含义。

Answer 1

WebSocket的数据传输机制

1. 建立连接：
   • 客户端通过HTTP协议发起一个特殊的HTTP请求，请求头中包含 Upgrade: websocket 以及 Connection: Upgrade 等字段，表明要将HTTP连接升级为WebSocket连接。同时，还会发送 Sec - WebSocket - Key 字段，其值是一个Base64编码的随机字符串。
   • 服务器收到请求后，验证请求合法性。如果合法，服务器会返回一个HTTP 101 Switching Protocols响应，响应头中包含 Upgrade: websocket，Connection: Upgrade 以及 Sec - WebSocket - Accept 字段。Sec - WebSocket - Accept 字段的值是通过将客户端发送的 Sec - WebSocket - Key 加上一个固定字符串 258EAFA5 - E914 - 47DA - 95CA - C5AB0DC85B11，然后进行SHA - 1哈希计算，最后进行Base64编码得到的。
   • 完成上述步骤后，HTTP连接成功升级为WebSocket连接，客户端和服务器可以进行双向通信。
2. 数据传输基本过程：
   • 连接建立后，客户端和服务器都可以主动向对方发送数据。数据以帧（frame）的形式传输。WebSocket协议对数据进行分段处理，每段数据构成一个帧。
   • 发送方将数据按照WebSocket帧格式进行封装，然后通过网络发送给接收方。接收方接收到帧后，按照帧格式进行解析，获取数据内容。如果数据被分成多个帧传输，接收方需要将多个帧的数据按顺序拼接起来，还原完整的数据。

WebSocket帧格式中Opcode字段的常见取值及含义

1. %x0（0）：表示这是一个延续帧（Continuation Frame），用于将一个较大的消息分成多个帧传输，该帧的数据是前一个帧数据的延续。
2. %x1（1）：表示这是一个文本帧（Text Frame），帧中的数据是UTF - 8编码的文本。
3. %x2（2）：表示这是一个二进制帧（Binary Frame），帧中的数据是二进制数据。
4. %x8（8）：表示这是一个关闭连接帧（Close Frame），用于关闭WebSocket连接，帧中可以携带关闭状态码和关闭原因等信息。
5. %x9（9）：表示这是一个Ping帧，发送方可以通过发送Ping帧来检查连接是否存活，接收方必须回复一个Pong帧。
6. %xA（10）：表示这是一个Pong帧，用于响应Ping帧，确认连接正常。