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tcp协议;websocket协议;同源策略和跨域

tcp协议

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

为什么不能用两次握手进行连接？

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

websocket协议

Websocket协议

Websocket是html5提出的一个协议规范，参考rfc6455。

websocket约定了一个通信的规范，通过一个握手的机制，客户端（浏览器）和服务器（webserver）之间能建立一个类似tcp的连接，从而方便C-S之间的通信。在websocket出现之前，web交互一般是基于http协议的短连接或者长连接。

WebSocket是为解决客户端与服务端实时通信而产生的技术。websocket协议本质上是一个基于tcp的协议，是先通过HTTP/HTTPS协议发起一条特殊的http请求进行握手后创建一个用于交换数据的TCP连接，此后服务端与客户端通过此TCP连接进行实时通信。

Websocket和HTTP协议的关系

同样作为应用层的协议，WebSocket在现代的软件开发中被越来越多的实践，和HTTP有很多相似的地方，这里将它们简单比较：

相同点

  1. 都是基于TCP的应用层协议。

  2. 都使用Request/Response模型进行连接的建立。

  3. 在连接的建立过程中对错误的处理方式相同，在这个阶段WS可能返回和HTTP相同的返回码。

  4. 都可以在网络中传输数据。

不同点

  1. WS使用HTTP来建立连接，但是定义了一系列新的header域，这些域在HTTP中并不会使用。

  2. WS的连接不能通过中间人来转发，它必须是一个直接连接。

  3. WS连接建立之后，通信双方都可以在任何时刻向另一方发送数据。

  4. WS连接建立之后，数据的传输使用帧来传递，不再需要Request消息。

  5. WS的数据帧有序。

协议

1. 握手

客户端发起握手。

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

从上面的协议中可以看到websocket基于HTTP协议的GET。而且只支持GET.

Upgrade：upgrade是HTTP1.1中用于定义转换协议的header域。它表示，如果服务器支持的话，客户端希望使用现有的「网络层」已经建立好的这个「连接（此处是TCP连接）」，切换到另外一个「应用层」（此处是WebSocket）协议。

Connection：HTTP1.1中规定Upgrade只能应用在「直接连接」中，所以带有Upgrade头的HTTP1.1消息必须含有Connection头，因为Connection头的意义就是，任何接收到此消息的人（往往是代理服务器）都要在转发此消息之前处理掉Connection中指定的域（不转发Upgrade域）。

Sec-WebSocket-＊：第7行标识了客户端支持的子协议的列表（关于子协议会在下面介绍），第8行标识了客户端支持的WS协议的版本列表，第5行用来发送给服务器使用（服务器会使用此字段组装成另一个key值放在握手返回信息里发送客户端）。

服务端响应

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Sec-Websocket-Accept: ZEs+c+VBk8Aj01+wJGN7Y15796g=
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat

Sec-Websocket-Accept 是一个校验。用客户端发来的sec_key 服务器通过sha1计算拼接商GUID【258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 】 。然后再base64encode

数据传输

客户端和服务器连接成功后，就可以进行通信了，通信协议格式是WebSocket格式，服务器端采用Tcp Socket方式接收数据，进行解析，协议格式如下：

这里使用的是数据存储的位（bit），当进行加密的时候，最终要的一位就是最左边的第一个。

  • FIN ：1bit ，表示是消息的最后一帧，如果消息只有一帧那么第一帧也就是最后一帧。

  • RSV1，RSV2，RSV3：每个1bit，必须是0，除非扩展定义为非零。如果接受到的是非零值但是扩展没有定义，则需要关闭连接。

  • Opcode：4bit，解释Payload数据，规定有以下不同的状态，如果是未知的，接收方必须马上关闭连接。状态如下：0x0(附加数据帧) 0x1(文本数据帧) 0x2(二进制数据帧) 0x3-7(保留为之后非控制帧使用) 0xB-F(保留为后面的控制帧使用) 0x8(关闭连接帧) 0x9(ping) 0xA(pong)

  • Mask：1bit，掩码，定义payload数据是否进行了掩码处理，如果是1表示进行了掩码处理。

    Masking-key域的数据即是掩码密钥，用于解码PayloadData。客户端发出的数据帧需要进行掩码处理，所以此位是1。

  • Payload length：7位，7 + 16位，7+64位，payload数据的长度，如果是0-125，就是真实的payload长度，如果是126，那么接着后面的2个字节对应的16位无符号整数就是payload数据长度；如果是127，那么接着后面的8个字节对应的64位无符号整数就是payload数据的长度。

  • Masking-key：0到4字节，如果MASK位设为1则有4个字节的掩码解密密钥，否则就没有。

  • Payload data：任意长度数据。包含有扩展定义数据和应用数据，如果没有定义扩展则没有此项，仅含有应用数据。

服务端简单实现

// 封装ws 协议的数据包
function build($msg) {
    $frame = [];
    $frame[0] = '81'; // 81 就是 10000001 第一位1表示最后一个数据段，最后一位1表示这是文本数据
    $len = strlen($msg);
    if ($len < 126) {
      //7位长度 第一个是掩码 默认是0
      //小于126的时候 也是 01111110 数据包第二个字节表示长度
        $frame[1] = $len < 16 ? '0' . dechex($len) : dechex($len);
    } else if ($len < 65025) {
      //7位 + 16位  01111110 00000000 00000000
        $s = dechex($len);
        $frame[1] = '7e' . str_repeat('0', 4 - strlen($s)) . $s;
    } else {
      //7位 + 64位  01111111 00000000 00000000
        $s = dechex($len);
        $frame[1] = '7f' . str_repeat('0', 16 - strlen($s)) . $s;
    }
    $data = '';
    $l = strlen($msg);
    for ($i = 0; $i < $l; $i++) {
        $data .= dechex(ord($msg{$i}));
    }
    //最后是数据内容
    $frame[2] = $data;
    $data = implode('', $frame);
    return pack("H*", $data);
}
//拆包
function parse($buffer) {
        $decoded = '';
        $len = ord($buffer[1]) & 127;
        if ($len === 126) {
            $masks = substr($buffer, 4, 4);
            $data = substr($buffer, 8);
        } else if ($len === 127) {
            $masks = substr($buffer, 10, 4);
            $data = substr($buffer, 14);
        } else {
            $masks = substr($buffer, 2, 4);
            $data = substr($buffer, 6);
        }
        for ($index = 0; $index < strlen($data); $index++) {
            $decoded .= $data[$index] ^ $masks[$index % 4];
        }
        return $decoded;
    }
$socket = stream_socket_server("tcp://0.0.0.0:8888", $errno, $errstr);
if (!$socket) {
    echo "$errstr ($errno)<br />\n";
    die;
}
while (1) {
    $conn = stream_socket_accept($socket);
    $data = stream_get_contents($conn,500);
    $data = explode("\r\n",$data);
    $secKey = "";
    foreach ($data as $key=>$val) {
        if (strpos($val,"WebSocket-Key:") >= 1 ) {
            $key = explode(":",$val );
            $secKey = $key[1];
        }
    }
    //固定key 算法 base64(sha1(key+258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11))
    $hashkey =   base64_encode(sha1(trim($secKey)."258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11",true));
    $ws = "HTTP/1.1 101 Switching Protocols\r\n";
    $ws .= "Upgrade: websocket\r\n";
    $ws .= "Connection: Upgrade\r\n";
    $ws .= "Sec-WebSocket-Version:13\r\n";
    $ws .= "Sec-WebSocket-Accept: $hashkey\r\n";
    $ws .= "Sec-WebSocket-Protocol: chat\r\n";
    $ws .= "\r\n";
    if (!$conn) {
        continue;
    }
    fwrite($conn, $ws);
    fwrite($conn,build("hello"));
    fclose($conn);
    break;
}
fclose($socket);

客户端

var websocket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8888","chat")
websocket.onopen = function(){

}

websocket.onmessage = function(){}

websocket.onclose = function(){}

同源策略和跨域

同源策略

URL 说明 是否允许通信
http://www.a.com/a.jshttp://www.a.com/b.js 同一域名下 允许
http://www.a.com/lab/a.jshttp://www.a.com/script/b.js 同一域名下不同文件夹 允许
http://www.a.com:8000/a.jshttp://www.a.com/b.js 同一域名，不同端口 不允许
http://www.a.com/a.jshttps://www.a.com/b.js 同一域名，不同协议 不允许
http://www.a.com/a.jshttp://70.32.92.74/b.js 域名和域名对应ip 不允许
http://www.a.com/a.jshttp://script.a.com/b.js 主域相同，子域不同 不允许
http://www.a.com/a.jshttp://a.com/b.js 同一域名，不同二级域名（同上） 不允许（cookie这种情况下也不允许访问）
http://www.cnblogs.com/a.jshttp://www.a.com/b.js 不同域名 不允许

特别注意两点：

第一，如果是协议和端口造成的跨域问题“前台”是无能为力的，

“URL的首部”指window.location.protocol +window.location.host，也可以理解为“Domains, protocols and ports must match”。

比较常见的解决方案

方式一：使用ajax的jsonp

方式二：使用jQuery的jsonp插件

方式三：使用cors

方式四：配置nginx


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