c++服务器websocket支持

From: https://blog.csdn.net/u010223072/article/details/80637127

介绍

目前公司服务器是c++ tcp的网络架构，现在想用这套做h5游戏，所以要扩展支持websocket通信。

那么什么是websocket？它和tcp有什么区别？这些随便一搜一大把，这里就不再科普达。通俗简单点讲websocket就是山寨版的tcp，它底层实现就是tcp，唯一的区别就是网络传输时websocket协议前面多了个标志它的包头信息。去掉前面这部分包头剩下的就和普通tcp一样了。

那么讲到这里，在现有tcp上怎么扩展支持websocket？其实就很简单呢！既然它和tcp协议上就只是多了个包头部分，那么我们的任务其实主要就是怎么解析这个包头信息了。

最后，还有一个需要注意的细节是websocket协议前后端建立连接前需要一次握手协议，触发时机是client发起connet连接请求时，会向server发送这条握手的协议，server收到后要回复client，这样就建立了连接了。

好～闲话少说，下面直接上实现代码…
实现

1.握手。
client第一次connet连接会发起握手协议，server在recv接收处解析，判断如果是websocket的握手协议，那么同样组装好特定格式包头回复给client，建立连接。

判断是不是websocket协议

bool isWSHandShake(std::string &request)
{
    size_t i = request.find("GET");
    if(i == std::string::npos){
        return false;
    }
    return true;
}

如果是，解析握手协议重新组装准备send回复给client

bool wsHandshake(std::string &request, std::string &response)
{
    //得到客户端请求信息的key
    std::string tempKey = request;
    size_t i = tempKey.find("Sec-WebSocket-Key");
    if(i == std::string::npos){
        return false;
    }
    tempKey = tempKey.substr(i + 19, 24);

//拼接协议返回给客户端
    response = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n";
    response += "Connection: upgrade\r\n";
    response += "Sec-WebSocket-Accept: ";

std::string realKey = tempKey;
    realKey += "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11";
    SHA1 sha;
    unsigned int message_digest[5];
    sha.Reset();
    sha << realKey.c_str();
    sha.Result(message_digest);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        message_digest[i] = htonl(message_digest[i]);
    }
    realKey = base64_encode(reinterpret_cast<const unsigned char*>(message_digest), 20);
    realKey += "\r\n";
    response += realKey.c_str();
    response += "Upgrade: websocket\r\n\r\n";
    return true;
}

2.接收client协议解析

首先解析包头信息

bool wsReadHeader(const unsigned char* cData, WebSocketStreamHeader* header)
{
if (cData == NULL) return false;

const unsigned char *buf = cData;
    header->fin = buf[0] & 0x80;
    header->masked = buf[1] & 0x80;
    unsigned char stream_size = buf[1] & 0x7F;

header->opcode = buf[0] & 0x0F;
    if (header->opcode == WS_FrameType::WS_CONTINUATION_FRAME) {
        //连续帧
        return false;
    }
    else if (header->opcode == WS_FrameType::WS_TEXT_FRAME) {
        //文本帧
    }
    else if (header->opcode == WS_FrameType::WS_BINARY_FRAME) {
        //二进制帧
    }
    else if (header->opcode == WS_FrameType::WS_CLOSING_FRAME) {
        //连接关闭消息
        return true;
    }
    else if (header->opcode == WS_FrameType::WS_PING_FRAME) {
        // ping
        return false;
    }
    else if (header->opcode == WS_FrameType::WS_PONG_FRAME) {
        // pong
        return false;
    }
    else {
        //非法帧
        return false;
    }

if (stream_size <= 125) {
        // small stream
        header->header_size =6;
        header->payload_size = stream_size;
        header->mask_offset = 2;
    }
    else if (stream_size == 126) {
        // medium stream
        header->header_size = 8;
        unsigned short s = 0;
        memcpy(&s, (const char*)&buf[2], 2);
        header->payload_size = ntohs(s);
        header->mask_offset = 4;
    }
    else if (stream_size == 127) {

unsigned long long l = 0;
memcpy(&l, (const char*)&buf[2], 8);

header->payload_size = l;
        header->mask_offset = 10;
    }
    else {
        //Couldnt decode stream size 非法大小数据包
        return false;
    }

/* if (header->payload_size > MAX_WEBSOCKET_BUFFER) {
return false;
} */

return true;
}

然后根据包头解析出真是数据

bool wsDecodeFrame(const WebSocketStreamHeader& header, unsigned char cbSrcData[], unsigned short wSrcLen, unsigned char cbTagData[])
{
    const unsigned char *final_buf = cbSrcData;
    if (wSrcLen < header.header_size + 1) {
        return false;
    }

char masks[4];
memcpy(masks, final_buf + header.mask_offset, 4);
memcpy(cbTagData, final_buf + header.mask_offset + 4, header.payload_size);

for (INT_PTR i = 0; i < header.payload_size; ++i){
        cbTagData[i] = (cbTagData[i] ^ masks[i % 4]);
    }
    //如果是文本包，在数据最后加一个结束字符“\0”
    if (header.opcode == WS_FrameType::WS_TEXT_FRAME)
        cbTagData[header.payload_size] = '\0';

return true;
}

3.组装server发给client协议

bool wsEncodeFrame(std::string inMessage, std::string &outFrame, enum WS_FrameType frameType)
{
    const uint32_t messageLength = inMessage.size();
    if (messageLength > 32767)
    {
        // 暂不支持这么长的数据
        return false;
    }

uint8_t payloadFieldExtraBytes = (messageLength <= 0x7d) ? 0 : 2;
    // header: 2字节, mask位设置为0(不加密), 则后面的masking key无须填写, 省略4字节
    uint8_t frameHeaderSize = 2 + payloadFieldExtraBytes;
    uint8_t *frameHeader = new uint8_t[frameHeaderSize];
    memset(frameHeader, 0, frameHeaderSize);

// fin位为1, 扩展位为0, 操作位为frameType
frameHeader[0] = static_cast<uint8_t>(0x80 | frameType);

// 填充数据长度
    if (messageLength <= 0x7d)
    {
        frameHeader[1] = static_cast<uint8_t>(messageLength);
    }
    else
    {
        frameHeader[1] = 0x7e;
        uint16_t len = htons(messageLength);
        memcpy(&frameHeader[2], &len, payloadFieldExtraBytes);
    }

// 填充数据
    uint32_t frameSize = frameHeaderSize + messageLength;
    char *frame = new char[frameSize + 1];
    memcpy(frame, frameHeader, frameHeaderSize);
    memcpy(frame + frameHeaderSize, inMessage.c_str(), messageLength);
    outFrame = std::string(frame, frameSize);
    delete[] frame;
    delete[] frameHeader;
    return true;
}

至此，tcp上扩展websocket所需要处理的3大块就都完成了，即握手、接收解析、发送组装。

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