面试题：网络编程中WebSocket的协议握手过程是怎样的？

Question

请详细描述WebSocket客户端与服务器之间进行协议握手的具体步骤，包括请求头和响应头中重要字段的含义与作用。

Answer 1

WebSocket客户端与服务器协议握手步骤

1. 客户端发起HTTP升级请求：
   • 客户端向服务器发送一个HTTP请求，通过特殊的请求头表明要发起WebSocket连接。
   • 示例请求：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec - WebSocket - Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec - WebSocket - Version: 13

2. 服务器响应升级请求：
   • 服务器收到请求后，如果支持WebSocket协议，会返回一个HTTP响应，表明同意将连接升级为WebSocket连接。
   • 示例响应：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec - WebSocket - Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=

请求头重要字段含义与作用

1. Upgrade：
   • 含义：表明客户端希望将当前连接升级到指定协议，这里值为websocket，表示要升级为WebSocket协议。
   • 作用：告知服务器客户端的协议升级意图。
2. Connection：
   • 含义：值为Upgrade，配合Upgrade头字段，进一步强调是协议升级的连接。
   • 作用：确保中间代理服务器等不会误解请求，正确处理协议升级请求。
3. Sec - WebSocket - Key：
   • 含义：是一个Base64编码的随机字符串，由客户端生成。
   • 作用：用于服务器验证请求的合法性。服务器会将这个值与一个固定字符串（258EAFA5 - E914 - 47DA - 95CA - C5AB0DC85B11）拼接，然后进行SHA - 1哈希运算，再进行Base64编码，得到的结果作为Sec - WebSocket - Accept头字段的值返回给客户端。
4. Origin：
   • 含义：标识请求的源地址，格式为协议://域名[:端口]。
   • 作用：服务器可以根据这个字段进行跨域访问控制，决定是否接受该WebSocket连接请求。
5. Sec - WebSocket - Version：
   • 含义：客户端支持的WebSocket协议版本号。
   • 作用：服务器可以根据这个版本号决定是否支持客户端请求的协议版本，如果不支持可以返回错误响应。

响应头重要字段含义与作用

1. 101 Switching Protocols：
   • 含义：HTTP状态码，表示服务器同意将连接升级到新的协议（即WebSocket协议）。
   • 作用：告知客户端协议升级成功。
2. Upgrade：
   • 含义：同请求头中的Upgrade，表明服务器同意将连接升级到websocket协议。
   • 作用：确认协议升级的目标协议。
3. Connection：
   • 含义：同请求头中的Connection，值为Upgrade，强调协议升级的连接。
   • 作用：与请求头呼应，确保整个连接升级过程的一致性。
4. Sec - WebSocket - Accept：
   • 含义：服务器对Sec - WebSocket - Key进行处理后得到的Base64编码字符串。
   • 作用：客户端通过验证这个值与自己计算的预期值是否一致，来确认服务器是合法的WebSocket服务器，从而完成握手过程。