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#Node.js 中的 WebSocket 握手流程及其协议

##前言

WebSocket 是一种基于 TCP 连接的新型网络通信协议，它可以在客户端与服务器之间建立双向通信的联接,其通过 HTTP 协议进行 initial handshake，然后使用固定的 TCP 连接来在客户端和服务器之间进行通信，它实现了传统的客户端与服务器在请求和响应之间的双向通信。

Node.js 是一个基于 JavaScript 运行时环境的开源项目，它可以在服务器上运行 JavaScript 脚本，它包括了一个高性能的网络 I/O 库，可以提供支持 Websockets 协议的服务器和客户端。

在本文中，我们将讨论 WebSocket 握手的流程和协议，并提供一些在 Node.js 上实现 WebSocket 的示例代码，帮助读者更好地了解和使用 WebSocket。

##WebSocket 握手协议

WebSocket 握手是一种基于 HTTP/1.1 协议的握手协议，它需要客户端首先发送一个 HTTP 的 GET 请求，请求服务器将升级到 WebSocket 协议。请求的必须包含用于握手的特殊标头字段。

在握手的过程中，客户端和服务器都会发送特定的 HTTP 协议消息，以确保两者之间具有 WebSocket 支持，这个握手过程通常被称为“handshake”。

以下是 WebSocket 握手协议的步骤：

客户端向服务器发出 HTTP/1.1 的 GET 请求，以请求开始 WebSocket 握手请求。
客户端将在请求的标头中包含一个名为 Upgrade 的标头和一个名为 Sec-WebSocket-Key 的标头：
```
GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com:8000
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com:8000
```
- Upgrade 标头将告诉服务器请求是一个 WebSocket 请求，并要求服务器升级到 WebSocket。
- Connection 标头告诉服务器，客户端与服务器之间的连接应该升级到 WebSocket。
- Sec-WebSocket-Key 标头是一个随机值，它将用于来自服务器的响应。
- Sec-WebSocket-Version 标头包含客户端使用的 WebSocket 版本的数字版本号，因为支持 WebSocket 的浏览器和服务器必须至少支持版本 13，所以该值始终为 13。
- Origin 标头是可选的，它包含某个 URL 地址，说明这个 WebSocket 相关请求的起源。
服务器返回一个 HTTP/1.1 101 响应，以响应客户端的请求，并与客户端建立 WebSocket 连接。此响应包含以下标头：

   HTTP/1.1 101 Switching Protocols
   Upgrade: websocket
   Connection: Upgrade
   Sec-WebSocket-Accept: fXc++ux0a2/cEtKwEwF0JQ==

   [websocket data]

* `Upgrade` 标头指示服务器已将连接升级为 WebSocket 协议。
* `Connection` 标头指示服务器希望在新协议上保持连接。
* `Sec-WebSocket-Accept` 标头包含使用 Sec-WebSocket-Key 标头值与 WebSocket GUID 执行 SHA-1 哈希的结果，并将其表示为一个字符串。这使服务器能够验证来自客户端的请求，并确保响应来自与之通信的客户端。 
* 在这个响应中，随后的任何数据（`[websocket data]`）将被视为与 WebSocket 相关的数据。

此外，WebSocket 还支持多个子协议、自定义头、消息压缩等高级协议特性，详情可以查看相关的官方文档。

##Node.js 实现 WebSocket 的示例代码

Node.js 包括原生的 WebSocket 模块，可以让我们快速构建 WebSocket 服务器或客户端，下面是一个简单的示例代码可以帮助你进一步了解 WebSocket 在 Node.js 中的实现。

###WebSocket Server

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这段代码使用 Node.js WebSocket 模块创建了一个名为 server 的 WebSocket 服务器，并将其绑定到本地机器的 localhost:8080 端口。当客户端连接到该服务器时，将触发 connection 事件，在此事件中，我们将输出信息表明已成功连接。

然后，当 WebSocket 连接收到来自客户端的消息时，会触发 message 事件，我们将输出该消息。最后，我们将向客户端发送一条 Hello, WebSocket! 的消息。

###WebSocket Client

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    ---------------------- ---- ---------
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这段代码使用 Node.js WebSocket 模块创建了一个名为 client 的 WebSocket 客户端，并在本地连接到 localhost:8080 端口的 WebSocket 服务器。当 WebSocket 认证通过后，将触发 open 事件，在此事件中，我们将输出信息表明已成功连接。

然后，我们将向 WebSocket 服务器发送一条 Hello, Server! 的消息。最后，当客户端接收到来自 WebSocket 服务器的消息时，会触发 message 事件，我们将输出该消息。

##总结

至此，我们已经了解了 WebSocket 握手的流程和协议，并掌握了在 Node.js 上实现 WebSocket 的简单示例代码。希望本文可以帮助你更好地了解和使用 WebSocket。如果您对此有任何疑问或建议，请在下面的评论中留言。

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