esp32: websocket
介绍
WebSocket 是什么？
WebSocket是一种网络传输协议，可在单个TCP连接上进行全双工通信，位于OSI模型的应用层。
WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以建立持久性的连接，并进行双向数据传输。
WebSocket是一种与HTTP不同的协议，WebSocket提供全双工通信。两者都位于OSI模型的应用层，并且都依赖于传输层的TCP协议。 虽然它们不同，但是RFC 6455中规定：it is designed to work over HTTP ports 80 and 443 as well as to support HTTP proxies and intermediaries（WebSocket通过HTTP端口80和443进行工作，并支持HTTP代理和中介），从而使其与HTTP协议兼容。 为了实现兼容性，WebSocket握手使用HTTP Upgrade头[1]从HTTP协议更改为WebSocket协议。
WebSocket协议支持Web浏览器（或其他客户端应用程序）与Web服务器之间的交互，具有较低的开销，便于实现客户端与服务器的实时数据传输。大多数浏览器都支持该协议，包括Google Chrome、Firefox、Safari、Microsoft Edge、Internet Explorer和Opera。
WebSocket协议规范将ws（WebSocket）和wss（WebSocket Secure）定义为两个新的统一资源标识符（URI）方案[4]，分别对应明文和加密连接。
WebSocket数据帧
WebSocket是通过发送HTTP 请求，然后升级到WebSocket。然后就可以根据WebSocket定义的数据帧进行数据传输。
请求帧
通过HTTP请求升级为WebSocket的数据格式：客户端请求和服务器响应
客户端请求：
1 | GET /chat HTTP/1.1 |
服务器响应：
1 | HTTP/1.1 101 Switching Protocols |
数据帧
1 | 0 1 2 3 |
字段解释：
| 名词 | 说明 | 大小 |
|---|---|---|
| FIN | 如果是 1，表示这是消息（message）的最后一个分片（fragment）；如果是 0，表示不是是消息（message）的最后一个分片（fragment） | 1 个比特 |
| RSV1, RSV2, RSV3 | 一般情况下全为 0。当客户端、服务端协商采用 WebSocket 扩展时，这三个标志位可以非 0，且值的含义由扩展进行定义。如果出现非零的值，且并没有采用 WebSocket 扩展，连接出错 | 各占 1 个比特 |
| opcode | 操作代码，Opcode 的值决定了应该如何解析后续的数据载荷（data payload）。如果操作代码是不认识的，那么接收端应该断开连接（fail the connection） | 4 个比特 |
| mask | 表示是否要对数据载荷进行掩码操作。从客户端向服务端发送数据时，需要对数据进行掩码操作；从服务端向客户端发送数据时，不需要对数据进行掩码操作。 如果服务端接收到的数据没有进行过掩码操作，服务端需要断开连接。 如果 Mask 是 1，那么在 Masking-key 中会定义一个掩码键（masking key），并用这个掩码键来对数据载荷进行反掩码。所有客户端发送到服务端的数据帧，Mask 都是 1。 | 1 个比特 |
| Payload length | 数据载荷的长度，单位是字节。假设数 Payload length === x，如果： x 为 0~126：数据的长度为 x 字节。 x 为 126：后续 2 个字节代表一个 16 位的无符号整数，该无符号整数的值为数据的长度。 x 为 127：后续 8 个字节代表一个 64 位的无符号整数（最高位为 0），该无符号整数的值为数据的长度。 此外，如果 payload length 占用了多个字节的话，payload length 的二进制表达采用网络序（big endian，重要的位在前）。 | 为 7 位，或 7+16 位，或 1+64 位。 |
| Masking-key | 所有从客户端传送到服务端的数据帧，数据载荷都进行了掩码操作，Mask 为 1，且携带了 4 字节 的 Masking-key。如果 Mask 为 0，则没有 Masking-key。 备注：载荷数据的长度，不包括 mask key 的长度。 | 0 或 4 字节（32 位 |
| Payload data | 载荷数据：包括了扩展数据、应用数据。其中，扩展数据 x 字节，应用数据 y 字节。The “Payload data” is defined as “Extension data” concatenated with “Application data”. 扩展数据：如果没有协商使用扩展的话，扩展数据数据为 0 字节。所有的扩展都必须声明扩展数据的长度，或者可以如何计算出扩展数据的长度。此外，扩展如何使用必须在握手阶段就协商好。如果扩展数据存在，那么载荷数据长度必须将扩展数据的长度包含在内。 应用数据：任意的应用数据，在扩展数据之后（如果存在扩展数据），占据了数据帧剩余的位置。载荷数据长度 减去 扩展数据长度，就得到应用数据的长度。 | (x+y) 字节 |
opcode 操作码定义：
- 0x0：表示一个延续帧（continuation frame）。当 Opcode 为 0 时，表示本次数据传输采用了数据分片，当前收到的数据帧为其中一个数据分片。
- 0x1：表示这是一个文本帧（frame），text frame
- 0x2：表示这是一个二进制帧（frame），binary frame
- 0x3~0x7：保留的操作代码，用于后续定义的非控制帧。
- 0x8：表示连接断开。connection close
- 0x9：表示这是一个 ping 操作。a ping
- 0xA：表示这是一个 pong 操作。a pong
- 0xB~0xF：保留的操作代码，用于后续定义的控制帧。
抓包分析
使用 Python 编译一个 WebSocket Client工具，用于连接 WebSocket Server。
websocket连接
捕获 WebSocket 连接数据包：
HTTP websocket连接请求数据：
HTTP websocket连接响应数据：
websocket数据传输
捕获 WebSocket 客户端发送数据给服务器数据包：
客户端发送数据到服务器：
服务器发送数据到客户端：
websocket 断开
websocket客户端断开与服务器的连接：
首先，看到 WebSocket 断开数据包，然后接着就是TCP四次挥手断开TCP连接。
客户端断开请求：
服务器断开应答：
