关于javascript:如何理解mqtt用到的101交换协议

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应用过 mqtt 的同学都晓得，mqtt 连贯时，在 Network 面板中的 status 是 101。

Name Status Time
mqtt 101（Switching Protocols） Pending

那么 101（Switching Protocols）到底是什么意思呢？
这篇文章将带你了解 101 替换协定是什么，以及 101 替换协定使用的协定降级机制。

  • 101 替换协定
  • 协定降级机制

101 替换协定

HTTP 的 101 替换协定意味着 client 向 server 发送的音讯中蕴含了 Upgrade 申请头，server 会依据 client 发送的这个申请头切换协定。

server 会在 response 中增加一个 Upgrade 响应头，来批示 server 切换到的协定。

用一句话来说就是：client 通过在申请头中增加 Upgrade 通知 server 切换协定，server 在响应头中增加 upgrade 阐明切换后的协定。

再简略一点就是：客户端通知服务端去切换协定。

General

Request URL: wss://foo.bar
Request Method: GET
Status Code: 101 Switching Protocols

Request Headers

Connection: Upgrade 
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate; client_max_window_bits
Sec-WebSocket-Key: xxx
Sec-WebSocket-Protocol: mqtt
Sec-WebSocket-Version: 13
Upgrade: websocket // client 通知 server 应用 websocket 协定
...

Response Headers

connection: Upgrade
sec-websocket-accept: fNs9ByuvC+rD75+tj2GMQAzbJms= // server 基于 client 收回的 Sec-WebSocket-Key:xxx 计算得出，计算过程文章开端有介绍
sec-websocket-protocol: mqtt
Upgrade: websocket // server 通知 client，咱们（client，server）应用的是 websocket 协定
...

其中这些申请头是什么意思呢？Connection，Sec-WebSocket-Extensions，Sec-WebSocket-Key，Sec-WebSocket-Protocol，Sec-WebSocket-Version 等等。
响应头呢？sec-websocket-accept，sec-websocket-protocol。

看了上面的协定降级机制就明确了。

协定降级机制

HTTP1.1 版本的协定有一个非凡的机制：降级一个曾经建设的连贯为另外一个协定，个别是通过 Upgrade 头来实现。

这个机制是可选的，它 不能强制协定扭转 。尽管实现反对新协定，然而也能够抉择不降级。在理论利用中，通常这个机制用于 疏导 WebSocket 进行连贯。

留神，HTTP2.0 版本明确禁止应用这个机制。只能用于 HTTP1.1。

降级 HTTP/1.1 连贯

client 能够应用 Upgrade 头去邀请服务器去切换为协定列表中的某一项，依照降序。

因为 Upgrade 是一个逐跳头，因而它须要一个 Connection 头。
这也就意味着一个典型的蕴含 Upgrade 报文头的申请为：

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
Connection: upgrade
Upgrade: example/1, foo/2

其余的头个别是依赖申请协定的；例如，WebSocket 降级容许额定的头去配置 WebSocket 连贯，并在关上时就有肯定的安全性。

如果服务器决定去降级连贯，分为降级胜利和降级失败两种状况：

  • 降级胜利：它会返回一个 101 Switching Protocols 响应状态，并且 Upgrade 头中指明它切换后的协定。
  • 降级失败：如果服务端不能降级连贯，它会疏忽 Upgrade 头，而后返回一个惯例的响应（例如 200 OK）

服务器发送完 101 状态码之后，它能够立刻开始应用新协定，并且进行与其余协定的 handshake。一旦连贯建设实现，连贯就变为双向管道，初始化降级的申请能够再协定之上初始化。

协定降级机制的惯例用法

Upgrade 这个头会用在哪些场景呢？而且与 WebSocket 连贯无关的申请头都有哪些呢？

  • 降级为 WebSocket 连贯

  • 与 WebSocket 连贯无关的申请头

    • Sec-WebSocket-Extensions
    • Sec-WebSocket-Key
    • Sec-WebSocket-Protocol
    • Sec-WebSocket-Version
    • Sec-WebSocket-Accept（只读）
降级为 WebSocket 连贯

最常见的降级 HTTP 连贯的场景，就是应用 WebSockets 的场景，通常是通过降级 HTTP 或者 HTTPS 连贯的形式来实现。如果你应用 WebSocket API 去开启一个连贯，或者任何 WebSockets 的库，大多数或者说所有的事件都曾经为你做好了。

例如：建设一个 WebSocket 连贯非常简单，只须要这样既可：

webSocket = new WebSocket("ws://destination.server.ext", "optionalProtocol")

WebSockek()构造函数为开发者在外部做了所有创立一个 HTTP/1.1 连贯，握手和降级的事件。

能够用 ”wss://” 去建设一个平安的 WebSocket 连贯。

如果你想本人手动建设一个 WebSocket 连贯的话，你须要本人去解决握手过程。在创立完 HTTP/1.1 会话之后，你须要在申请上增加 Upgrade 和 Connection 这两个申请头。

Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
与 WebSocket 连贯无关的申请头

上面这些申请头是 WebSocket 降级过程中蕴含的申请头。与 Upgrade 和 Connection 头不同，上面这些申请头

Sec-WebSocket-Extensions

申明一个或者多个协定级的 WebSocket 扩大区通知服务器应用。在一个申请里应用一个或者多个 Sec-WebSocket-Extension 头是能够的；放在一起用分号隔开也能够。

Sec-WebSocket-Extensions: extensions

extensions 须要用分号离开。须要从插件列表里抉择。

例如：Sec-WebSocket-Extensions: superspeed, colormode; depth=16

咱们下面例子中的 permessage-deflate 也在其中。

permessage-deflate | WebSocket Per-Message Deflate | [RFC7692] | None | [RFC7692]

Sec-WebSocket-Key

向服务端提供客户端有权降级为 WebSocket 的信息。这个头可用于不平安的 HTTP 想要降级时，为了提供某种程度的爱护，避免滥用。key 的值应用在 WebSocket 标准中定义的算法生成，所以这并不保障安全性。

这个 key 是为了搁置非 WebSocket 的客户端无心中进行 websocket 连贯或者滥用。
实质上，这个 key 代表着：“是的，我的确是要开启一个 WebSocket 连贯的。”

这个头会主动被应用它的客户端增加，不能被 XMLHttpRequest.setRequestHeader() 增加

Sec-WebSocket-Key: key

基于这个 key，服务器会在响应的 Sec-WebSocket-Accept 头中加一个基于这个 key 的计算数据。

Sec-WebSocket-Protocol

这个头会申明一个或者多个你想要应用的 WebSocket 协定。
申请头发送 Sec-WebSocket-Protocol，响应头也会返回 Sec-WebSocket-Protocol。

Sec-WebSocket-Protocol: subprotocols

subprotocols 包含以下这些协定：https://www.iana.org/assignme…

下面示例中的 mqtt 也在其中：mqtt | mqtt | [MQTT Version 5.0]

Sec-WebSocket-Version

作为申请头：
申明客户端应用的 WebSocket 协定版本。

Sec-WebSocket-Version: version

服务器与客户端通信的 WebSocket 协定版本：https://www.iana.org/assignme…

最罕用的是 13。

作为响应头：
如果服务器不反对 WebSocket 协定，会返回相似 426（Upgrade Required）并且在 Sec-WebSocket-Version 头中返回反对的 WebSocket 版本列表。如果不反对，不返回 Sec-WebSocket-Version 头。

Sec-WebSocket-Version: supportedVersions
Sec-WebSocket-Accept

服务器与客户端建设握手过程中的响应头。至少呈现一次：

Sec-WebSocket-Accept: hash

如果有 Sec-WebSocket-Key，将字符串“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”连贯到该字符串，并且取 SHA- 1 的 20 位 hash 值。最初进行 base64 编码。

在咱们的例子中：

Sec-WebSocket-Key: xxx
Sec-WebSocket-Accept: fNs9ByuvC+rD75+tj2GMQAzbJms=

通过 Sec-WebSocket-Key 生成 Sec-WebSocket-Accept 的编码过程如下：

const SecWebSocketKey = "xxx"
const helper = "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"
const result = SecWebSocketKey + helper

const crypto = require('crypto')
const shasum = crypto.createHash('sha1')
shasum.update(result)
const SecWebSocketAccept = shasum.digest('base64');
console.log(SecWebSocketAccept) // fNs9ByuvC+rD75+tj2GMQAzbJms=

在线 demo：https://www.jdoodle.com/ia/e3G

既然 key 到 accept 的算法曾经很清晰了，那么能够通过 accept 反向求解出 key 吗？
答案是否定的。这是因为用到了 sha1 加密。

明码强哈希函数有两个特点: 其中一个很重要的特点就是不可逆。不可逆性意味着原始数据无奈从其散列中重建，所以不能通过 accept 反向求解出 key。

参考资料：

https://developer.mozilla.org…
https://developer.mozilla.org…
https://stackoverflow.com/que…
https://nodejs.org/api/buffer…
https://stackoverflow.com/que…

文章首发于前端公众号：大大大前端

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正文完
javascript
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2021-05-26
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