node 网络(二)

构建websocket服务

websocket的优势：

  • 客户端与服务器只需要一个tcp连接
  • 服务器可以推送到客户端
  • 轻量化的协议头，提高传输效率

node使用websocket的优势：

  • WebSocket客户端基于事件的编程模式和node的自定义事件类似
  • websocket需要客户端与服务器之间的长连接，node事件驱动的方式擅长与量大的客户端保持高并发连接

WebSocket握手

客户端发起升级协议请求：

GET / chat HTTP / 1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket //升级协议为websocket
Connection: Upgrade
Sec - WebSocket - Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ == 
Sec - WebSocket - Protocol: chat, superchat //子协议
Sec - WebSocket - Version: 13 //版本号

Sec-WebSocket-Key用于安全校验，值是随机生成的Base64编码的字符串。服务端将其与字符串258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接，然后再用sha1计算再Base64编码

var crypto = require('crypto');
var val = crypto.createHash('sha1').update(key).digest('base64');

//服务端响应b报文
HTTP / 1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade 
Sec - WebSocket - Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK + xOo =
Sec - WebSocket - Protocol: chat

客户端校验Sec-WebSocket-Accept，正确的话就开始数据传输

WebSocket数据传输

在握手后就开始websocket数据帧协议， 握手完成客户端onopen()被触发

socket.onopen = function() { 
  // TODO: opened()
};

服务端没有onopen()方法，想完成tcp套接字事件到websocket事件的封装，需要在收发数据时处理，Websocket的数据帧是在底层data事件上封装的

//接收
WebSocket.prototype.setSocket = function(socket) {
   this.socket = socket;
   this.socket.on('data', this.receiver);
};

//发送
WebSocket.prototype.send = function(data) {
   this._send(data);
};

当一端调用send()发送时，另一端会触发onmessage,协议可能将数据封装为多帧发送。客户端需要对发送的数据帧做掩码处理，服务端收到无掩码帧会断开连接，而服务端发送时不需要

websocket数据帧定义

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  • fin 如果这数据帧是最后一帧时为1(如果数据就一帧，它也是1)，其余为0
  • rsv1、rsv2、rsv3：1位长 用于标识拓展，当有拓展时为1
  • opcode: 4位（0~15） 0：附加数据帧 ,1：文本数据帧 ,2：二进制数据帧,8：发送一个连接关闭帧,9：ping数据帧 ,10：pong数据帧 ping,pong用于心跳检测，一端发ping、一端发pong
  • masked 是否进行掩码处理 客户端发送时是1 服务端是0
  • payload 标识数据长度
  • masking key 当masked为1时存在 长度32位 用于解密
  • payload data 目标数据 位数为8的倍数

网络服务和安全

  • ssl(Secure Sockets Layer,安全套接层)，应用在传输层
  • TLS(Transport Layer Security,安全传输层协议)，由IETF标准化

node提供crypto，tls,https。crypto用于加解密，tls与net功能类似，区别是它建立在TLS/SSL加密的tcp.https和http接口也一致，也是区别在建立于安全的连接

TLS/SSL

  • 非对称加密，公钥用于加密传输数据，私钥解密
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node的tls/ssl是用openssl实现的，公、私钥生成参照：

// 生成服务器端私 
$ openssl genrsa -out server.key 1024 // 生成客户端私 
$ openssl genrsa -out client.key 1024

//利用上面的1024位长的RSA私钥生成公钥
$ openssl rsa -in server.key -pubout -out server.pem
$ openssl rsa -in client.key -pubout -out client.pem
数字证书
  • 由CA颁发，并提供验证
  • 防止中间人攻击

中间人攻击：在服务端和客户端交换密钥时，伪装成其中一方发送公钥，如对客户端就伪装成服务端。所以需要对公钥认证，确认来自目标服务器

服务端通过私钥生成CSR（Certificate Signing Request，证书签名请求），ca通过它颁发属于该服务器的签名证书

自签名证书流程：

\\ca生成私钥，csr文件，和自签名的证书
$ openssl genrsa -out ca.key 1024
$ openssl req -new -key ca.key -out ca.csr
$ openssl x509 -req -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt
\\服务器生成csr,向ca申请签名，获取证书
$ openssl req -new -key server.key -out server.csr
$ openssl x509 -req -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -in server.csr -out server.crt

客户端发起安全连接会获取服务端证书，然后用ca的证书验证服务器证书，包括真伪、服务器名称、ip等。对于知名ca,它的证书一般预装在浏览器，自签的ca需要客户端安装才能验证

创建tcl服务

  • 通过node的tls创建安全的tcp服务
//服务端
var tls = require('tls');
var fs = require('fs');
var options = {
    key: fs.readFileSync('./keys/server.key'),
    cert: fs.readFileSync('./keys/server.crt'),
    requestCert: true,
    ca: [fs.readFileSync('./keys/ca.crt')]
};
var server = tls.createServer(options, function(stream) {
    console.log('server connected', stream.authorized ? 'authorized' : 'unauthorized');
    stream.write("welcome!\n");
    stream.setEncoding('utf8');
    stream.pipe(stream);
});
server.listen(8000, function() {
    console.log('server bound');
});

//测试： $ openssl s_client -connect 127.0.0.1:8000
//客户端
$ openssl genrsa - out client.key 1024
$ openssl req - new - key client.key - out client.csr
$ openssl x509 - req - CA ca.crt - CAkey ca.key - CAcreateserial - in client.csr - out client.crt
var fs = require('fs');
var tls = require('tls');
var options = {
    key: fs.readFileSync('./keys/client.key'),
    cert: fs.readFileSync('./keys/client.crt'),
    ca: [fs.readFileSync('./keys/ca.crt')]
};
var stream = tls.connect(8000, options, function() {
    console.log('client connected', stream.authorized ? 'authorized' : 'unauthorized');
    process.stdin.pipe(stream);
});
stream.setEncoding('utf8');
stream.on('data', function(data) {
    console.log(data);
});
stream.on('end', function() {
    server.close();
});

//和tcp相比只是多了证书配置

https服务

  • 使用node的https，比http多了一个配置
var https = require('https');
var fs = require('fs');
var options = {
    key: fs.readFileSync('./keys/server.key'),
    cert: fs.readFileSync('./keys/server.crt')
};
https.createServer(options, function(req, res) {
    res.writeHead(200);
    res.end("hello world\n");
}).listen(8000);

//验证 $ curl https://localhost:8000/ -k, 忽略证书验证 -carcert ca证书地址
//客户端

var https = require('https');
var fs = require('fs');
var options = {
    hostname: 'localhost',
    port: 8000,
    path: '/',
    method: 'GET',
    key: fs.readFileSync('./keys/client.key'),
    cert: fs.readFileSync('./keys/client.crt'),
    ca: [fs.readFileSync('./keys/ca.crt')]
};
options.agent = new https.Agent(options);//https代理另设
var req = https.request(options, function(res) {
    res.setEncoding('utf-8');
    res.on('data', function(d) {
        console.log(d);
    });
});
req.end();
req.on('error', function(e) {
    console.log(e);
});
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