golang中的websocket，使用wireshark抓包

news2024/11/27 5:36:20

websocket 是一个长连接协议，全双工通信，主要应用在及时通信：实时聊天，游戏，在线文档等等。

简单示例

客户端

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
</head>

<body>
    <input id="input" type="text" />
    <button onclick="send()">Send</button>
    <pre id="output"></pre>

    <script>
        var input = document.getElementById("input");
        var output = document.getElementById("output");

        //调用websocket对象建立连接：
        //参数：ws/wss(加密)://ip:port （字符串）
        var websocket = new WebSocket("ws://xxx.xxx.xxx.xxx:8080/echo");
        console.log(websocket.readyState) // 0 
        // readyState 
        // 0 链接还没有建立（正在建立链接）
        // 1 链接建立成
        // 2 链接正在关闭
        // 3 链接已经关闭

        // 监听链接开启事件
        websocket.onopen = function () {
            output.innerHTML += "Status: " + websocket.readyState + "\n";
            console.log(websocket.readyState)
        }

        // 监听服务端消息推送事件
        websocket.onmessage = function (back) {
            output.innerHTML += "Server: " + back.data + "\n";
            console.log(back.data)
        }

        // 监听连接错误信息
        websocket.onerror = function (evt, e) {
            console.log('Error occured: ' + evt.data);
        };

        //监听连接关闭
        websocket.onclose = function (evt) {
            console.log("Disconnected");
        };

        // 绑定按钮点击事件
        function send() {
            websocket.send(input.value)
            input.value = "";
        }

    </script>

</body>

</html>

服务端

package main

import (
	"fmt"
	"net/http"

	"github.com/gorilla/websocket"
)

var upgrader = websocket.Upgrader{
	ReadBufferSize:  1024,
	WriteBufferSize: 1024,
}

func main() {
	http.HandleFunc("/echo", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		conn, _ := upgrader.Upgrade(w, r, nil)

		for {
             // messageType is either TextMessage == 1 or BinaryMessage == 2
			msgType, msg, err := conn.ReadMessage()
			if err != nil {
				return
			}

			fmt.Printf("%s sent: %s\n", conn.RemoteAddr(), string(msg))

			if err = conn.WriteMessage(msgType, msg); err != nil {
				return
			}
		}
	})

	http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
		http.ServeFile(w, r, "client.html")
	})

	fmt.Println("server is running on :8080...")

	http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

运行 go run server.go

访问 http://xxx.xxx.xxx.xxx:8080/

请求头

GET ws://localhost:8080/echo HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Origin: http://localhost:8080
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Version: 13
Sec-WebSocket-Key: h8MnjGsXMtnoAcyCAn+V5Q==
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits

响应头

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: n+hJTwLJbZTrnaXspOIBJZYIDh8=

websocket 是在 http 的基础上改造而成的，首先客户端改造成上面的请求头，服务端先要构建http服务，然后针对路由/echo做改造，分析请求头，构建响应头，另外普通的http请求在响应完就会关掉，此时需要改造成不关掉，也就是长连接，至此一个websocket连接就建立了。

因为ws是基于http之上的，所以默认情况下ws的端口是80，安全协议wss端口是443。

WebSocket协议的数据可以是普通的文本数据，也可以是二进制数据，数据量相对较大时，还可以分片多帧进行数据发送与接收。

请求头中的Sec-WebSocket-Key和响应头中的Sec-WebSocket-Accept是对应的，提供基本的防护，Sec-WebSocket-Accept的计算公式为：将Sec-WebSocket-Key跟258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接，通过SHA1计算出摘要，并转成base64字符串。

websocket RFC标准 https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.txt

数据帧格式

WebSocket客户端、服务端通信的最小单位是帧（frame），由1个或多个帧组成一条完整的消息（message）。

  • 发送端：将消息切割成多个帧，发送给服务端；
  • 服务端：接收消息帧，并将关联的帧重新组装成完整的消息数据；

在这里插入图片描述

  • FIN (Final)：是否为最后一个分片（占1比特位）
    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）。

  • RSV1, RSV2, RSV3 (Reserved)：扩展字段（共占3比特位）
    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。
    对于 Reserved 字段，这里不做详细说明，如有扩展需求，可自行查阅相关国际标准：
    RFC6455: WebSocket协议
    https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.txt

  • Opcode：操作码（占4比特位）
    Opcode的值决定了应该如何解析后续的数据载荷（data payload）。
    可选的操作代码如下：

    Opcode含义
    0x0表示一个延续帧，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）
    0x2表示这是一个二进制帧（frame）
    0x3-7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
    0x9表示这是一个ping操作
    0xA表示这是一个pong操作
    0xB-F保留的操作代码，用于后续定义的控制帧

  • Mask：掩码（占1比特位）
    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Mask是1，那么在Masking-key中会定义一个掩码键，并用这个掩码键来对数据载荷进行反掩码。

  • Payload length：数据载荷的长度，单位是字节（占 7、7+16 或7+64 比特位）
    假设 Payload length 中前7 个比特位的值为x：
    如果 x 为 0~125，则 x 即为载荷数据的有效长度；
    如果 x 为 126，则后续16比特位代表一个16位的无符号整数，该无符号整数的值为载荷数据的有效长度；
    如果 x 为 127，则后续64个比特位代表一个64位的无符号整数（最高位为0），该无符号整数的值为载荷数据的有效长度。

  • Masking-key：掩码键（占0或32比特位）
    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值为1），会携带4字节的Masking-key。
    对于 Masking-key 掩码算法，这里不做详细说明，如需了解，可自行查阅相关国际标准：
    RFC6455: WebSocket协议
    https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc6455.txt

  • Payload data：载荷数据（占x+y字节）
    载荷数据有两部分组成：扩展数据占 x 字节，应用数据占 y 字节。
    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。

如何使用wireshark抓取websocket协议

1、wireshark无法抓取本地服务的包，也就是流量必须经过网卡才行。

2、分析 --> 启用的协议 --> websocket

3、必须在建立ws连接之前就开始抓，这一点的确容易忽略。

4、显示过滤器输入websocket，回车。

正常的效果如下
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

可以看到，客户端发给服务端的信息被MASK了，而服务端发给客户端的信息是明文的。

如果是在连接之后才开始抓，那么是抓不到websocket协议记录的，于是我使用IP地址来过滤，只能抓到一些TCP的记录，因为wireshark并没有按照ws协议来解析

在这里插入图片描述

客户端发送的是wer，服务端会返回wer

在这里插入图片描述

发出去的载荷是经过Mask转换的，此时wireshark并不知道如何解析它，而服务端返回的载荷确实明文的

在这里插入图片描述

关于心跳检测ping/pong

websocket协议中，Opcode为0x9为ping消息，0xA为pong消息，因此我们使用的websocket第三方库都会在底层处理掉ping/pong的发送和响应，

比如github.com/gorilla/websocket，在收到ping消息时，会自行处理掉，也就是说conn.ReadMessage()不会有返回，而是直接去读取下一条消息了，使用者无感。而作为客户端，应该要每隔一段时间向服务端发送ping消息。或者使用自定义的方式来实现心跳检测。

另外使用github.com/gorilla/websocket包需要注意的是，同一个连接上，如果一个消息还没read完新消息就来了，它会重置reader，这会导致正在读的消息丢失，直接开始读取新来的消息。

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