如何用Python websocket-client包发送WebSocket原始二进制ping数据

问题现象 #

• 基于websocket-client Python包开发WebSocket客户端时，回传心跳报文阶段发现服务端下发的ping报文与本地回传报文的原始字节不一致，触发服务端主动断开连接。
• 将WebsocketApp的enableTrace参数设为True后，抓取到的收发日志如下：

++Rcv raw: b'\x81\x0b{"type":6}\x1e'
++Rcv decoded: fin=1 opcode=1 data=b'{"type":6}\x1e'
++Sent raw: b'\x81\x8bbr\xa1\xe3\x19P\xd5\x9a\x12\x17\x83\xd9T\x0f\xbf'
++Sent decoded: fin=1 opcode=1 data=b'{"type":6}\x1e'

• 预期发送的原始字节为 b'\x81\x0b{"type":6}\x1e'，但库默认会自动对发送数据做编码处理，且每次发送相同字符串内容*'{"type":6}' + '\x1e'*时，实际输出的原始报文均不相同。
• 原有问题代码如下：

if _message["type"] == 6: # 过滤type=6的消息，该值代表服务端下发的ping
    wsapp.send('{"type":6}' + '\x1e') # 回传pong消息，客户端发送type=6代表pong

• 测试调用库提供的websocket.send_binary(binary_message)方法发送二进制消息，效果与普通send()方法完全一致，依然会触发自动编码逻辑。

根本原因 #

日志中发送与接收报文的字节差异、同内容每次发送报文不同的现象，来自WebSocket协议的默认规则：

• 根据RFC 6455规范，客户端发往服务端的所有WebSocket帧必须对载荷做掩码处理，掩码键为每次随机生成的4字节值，因此相同载荷每次生成的原始帧字节必然不同。
• 接收的服务端帧第二个字节为0x0b，代表载荷长度11字节、无掩码；本地默认发送的帧第二个字节为0x8b，最高位置1代表开启掩码，后续紧跟4字节随机掩码、再拼接异或处理后的载荷，这是库的默认合规实现。
• 服务端断连的核心原因并非掩码本身：当前调用send()/send_binary()方法发送的是opcode为1（文本帧）或2（二进制帧）的标准封装帧，不符合当前服务端要求的自定义无掩码心跳帧格式，需要绕开库默认的帧封装逻辑。

实现方案 #

websocket-client暴露了底层socket发送接口，可以跳过自动帧封装、自动加掩码的逻辑，直接发送完整的自定义原始字节帧：

1. 弃用send()、send_binary()这类上层发送方法，这类方法会自动完成WebSocket帧封装、添加客户端掩码。
2. 调用连接实例的底层socket.send()方法，直接传入构造好的完整原始帧字节即可，参考实现：

if _message["type"] == 6:
    # 直接传入构造完成的原始帧字节，跳过库的协议层自动处理
    target_raw_frame = b'\x81\x0b{"type":6}\x1e'
    wsapp.sock.send(target_raw_frame)

注意：该方式完全绕过库的协议层校验逻辑，需要自行保证传入的字节符合WebSocket帧格式规范，否则会触发连接错误。标准WebSocket服务端会强制要求客户端发送的帧携带掩码，无掩码帧会被直接拒绝，该方案仅适用于自定义协议校验逻辑的私有服务端场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ermrz