理解ASP.NET Core 中的WebSocket

在本文中，我们将详细介绍RFC 6455 WebSocket规范，并配置一个通用的.NET 5应用程序通过WebSocket连接与SignalR通信。

我们将深入底层的概念，以理解底层发生了什么。

关于WebSocket

引入WebSocket是为了实现客户端和服务器之间的双向通信。HTTP 1.0的一个痛点是每次向服务器发送请求时创建和关闭连接。但是，在HTTP 1.1中，通过使用保持连接机制引入了持久连接(RFC 2616)。这样，连接可以被多个请求重用——这将减少延迟，因为服务器知道客户端，它们不需要在每个请求的握手过程中启动。

WebSocket建立在HTTP 1.1规范之上，因为它允许持久连接。因此，当你第一次创建WebSocket连接时，它本质上是一个HTTP 1.1请求(稍后详细介绍)。这使得客户端和服务器之间能够进行实时通信。简单地说，下图描述了在发起(握手)、数据传输和关闭WS连接期间发生的事情。我们将在后面更深入地研究这些概念。

协议中包含了两部分：握手和数据传输。

握手

让我们先从握手开始。

简单地说，WebSocket连接基于单个端口上的HTTP(和作为传输的TCP)。下面是这些步骤的总结。

1. 服务器必须监听传入的TCP套接字连接。这可以是你分配的任何端口—通常是80或443。

2. 客户端通过一个HTTP GET请求发起开始握手(否则服务器将不知道与谁对话)——这是“WebSockets”中的“Web”部分。在消息报头中，客户端将请求服务器将连接升级到WebSocket。

3. 服务器发送一个握手响应，告诉客户端它将把协议从HTTP更改为WebSocket。

4. 客户端和服务器双方协商连接细节。任何一方都可以退出。

下面是一个典型的打开(客户端)握手请求的样子。​​​​​​

GET /ws-endpoint HTTP/1.1
Host: example.com:80
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: L4kHN+1Bx7zKbxsDbqgzHw==
Sec-WebSocket-Version: 13

注意客户端是如何在请求中发送Connection: Upgrade和Upgrade: websocket报头的。

并且，服务器握手响应。​​​​​​

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: CTPN8jCb3BUjBjBtdjwSQCytuBo=

数据传输

我们需要理解的下一个关键概念是数据传输。任何一方都可以在任何给定的时间发送消息——因为它是一个全双工通信协议。

消息由一个或多个帧组成。帧的类型可以是文本(UTF-8)、二进制和控制帧(例如0x8 (Close)、0x9 (Ping)和0xA (Pong))。

安装

让我们付诸行动，看看它是如何工作的。

首先创建一个 ASP.NET 5 WebAPI 项目。

dotnet new webapi -n WebSocketsTutorial
dotnet new sln
dotnet sln add WebSocketsTutorial

现在添加SignalR到项目中。

dotnet add WebSocketsTutorial/ package Microsoft.AspNet.SignalR

示例代码

我们首先将WebSockets中间件添加到我们的WebAPI应用程序中。打开Startup.cs，向Configure方法添加下面的代码。

在本教程中，我喜欢保持简单。因此，我不打算讨论SignalR。它将完全基于WebSocket通信。你也可以用原始的WebSockets实现同样的功能，如果你想让事情变得更简单，你不需要使用SignalR。

app.UseWebSockets();

接下来，我们将删除默认的WeatherForecastController，并添加一个名为WebSocketsController的新控制器。注意，我们将只是使用一个控制器action，而不是拦截请求管道。

这个控制器的完整代码如下所示。​​​​​​​

using System;
using System.Net.WebSockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.Extensions.Logging;
namespace WebSocketsTutorial.Controllers{
    [ApiController]
    [Route("[controller]")]
    public class WebSocketsController : ControllerBase
    {
        private readonly ILogger<WebSocketsController> _logger;

        public WebSocketsController(ILogger<WebSocketsController> logger)
        {
            _logger = logger;
        }

        [HttpGet("/ws")]
        public async Task Get()
        {
          if (HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest)
          {
              using var webSocket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();
              _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection established");
              await Echo(webSocket);
          }
          else
          {
              HttpContext.Response.StatusCode = 400;
          }
        }
        
        private async Task Echo(WebSocket webSocket)
        {
            var buffer = new byte[1024 * 4];
            var result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
            _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");

            while (!result.CloseStatus.HasValue)
            {
                var serverMsg = Encoding.UTF8.GetBytes($"Server: Hello. You said: {Encoding.UTF8.GetString(buffer)}");
                await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(serverMsg, 0, serverMsg.Length), result.MessageType, result.EndOfMessage, CancellationToken.None);
                _logger.Log(LogLevel.Information, "Message sent to Client");

                result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);
                _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");
                
            }
            await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None);
            _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection closed");
        }
    }
}

这是我们所做的。

1、添加一个名为ws/的新路由。

2、检查当前请求是否通过WebSockets，否则抛出400。

3、等待，直到客户端发起请求。

4、进入一个循环，直到客户端关闭连接。

5、在循环中，我们将发送“Server: Hello. You said: <client’s message>”信息，并把它发回给客户端。

6、等待，直到客户端发送另一个请求。

注意，在初始握手之后，服务器不需要等待客户端发送请求来将消息推送到客户端。让我们运行应用程序，看看它是否工作。

dotnet run --project WebSocketsTutorial

运行应用程序后，请访问https://localhost:5001/swagger/index.html，应该看到Swagger UI。

现在我们将看到如何让客户端和服务器彼此通信。在这个演示中，我将使用Chrome的DevTools(打开新标签→检查或按F12→控制台标签)。但是，你可以选择任何客户端。

首先，我们将创建一个到服务器终结点的WebSocket连接。

let webSocket = new WebSocket('wss://localhost:5001/ws');

它所做的是，在客户端和服务器之间发起一个连接。wss://是WebSockets安全协议，因为我们的WebAPI应用程序是通过TLS服务的。

然后，可以通过调用webSocket.send()方法发送消息。你的控制台应该类似于下面的控制台。

让我们仔细看看WebSocket连接

如果转到Network选项卡，则通过WS选项卡过滤掉请求，并单击最后一个称为WS的请求。

单击Messages选项卡并检查来回传递的消息。在此期间，如果调用以下命令，将能够看到“This was sent from the Client!”。试试吧!

webSocket.send("Client: Hello");

如你所见，服务器确实需要等待客户端发送响应(即在初始握手之后)，并且客户端可以发送消息而不会被阻塞。这是全双工通信。我们已经讨论了WebSocket通信的数据传输方面。作为练习，你可以运行一个循环将消息推送到客户机，以查看它的运行情况。

除此之外，服务器和客户端还可以通过ping-pong来查看客户端是否还活着。这是WebSockets中的一个实际特性!如果你真的想看看这些数据包，你可以使用像WireShark这样的工具来了解。

它是如何握手的?好吧，如果你跳转到Headers选项卡，你将能够看到我们在这篇文章的第一部分谈到的请求-响应标题。

也可以尝试一下webSocket.close()，这样我们就可以完全覆盖open-data-close循环了。

结论

如果你对WebSocket的RFC感兴趣，请访问RFC 6455并阅读。这篇文章只是触及了WebSocket的表面，还有很多其他的东西我们可以讨论，比如安全，负载平衡，代理等等。

原文链接：https://sahansera.dev/understanding-websockets-with-aspnetcore-5/

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