WebSocket
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WebSocket是一种网络传输协议，可在单个TCP连接上进行全双工通信，位于OSI模型的应用层。WebSocket协议在2011年由IETF标准化为RFC 6455，后由RFC 7936补充规范。Web IDL中的WebSocket API由W3C标准化。
WebSocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就可以建立持久性的连接，并进行双向数据传输。
简介
[编辑]WebSocket是一种与HTTP不同的协议。两者都位于OSI模型的应用层，并且都依赖于传输层的TCP协议。
虽然它们不同，但是RFC 6455中规定：it is designed to work over HTTP ports 80 and 443 as well as to support HTTP proxies and intermediaries（WebSocket通过HTTP端口80和443进行工作，并支持HTTP代理和中介），从而使其与HTTP协议兼容。
为了实现兼容性，WebSocket握手使用HTTP Upgrade头[1]从HTTP协议更改为WebSocket协议。
WebSocket协议支持Web浏览器（或其他客户端应用程序）与Web服务器之间的交互，具有较低的开销，便于实现客户端与服务器的实时数据传输。 服务器可以通过标准化的方式来实现，而无需客户端首先请求内容，并允许消息在保持连接打开的同时来回传递。通过这种方式，可以在客户端和服务器之间进行双向持续对话。 通信通过TCP端口80或443完成，这在防火墙阻止非Web网络连接的环境下是有益的。另外，Comet之类的技术以非标准化的方式实现了类似的双向通信。
大多数浏览器都支持该协议，包括Google Chrome、Firefox、Safari、Microsoft Edge、Internet Explorer和Opera。
与HTTP不同，WebSocket提供全双工通信。[2][3]此外，WebSocket还可以在TCP之上实现消息流。TCP单独处理字节流，没有固有的消息概念。 在WebSocket之前，使用Comet可以实现全双工通信。但是Comet存在TCP握手和HTTP头的开销，因此对于小消息来说效率很低。WebSocket协议旨在解决这些问题。
WebSocket协议规范将ws（WebSocket）和wss（WebSocket Secure）定义为两个新的统一资源标识符（URI）方案[4]，分别对应明文和加密连接。除了方案名称和片段ID（不支持#）之外，其余的URI组件都被定义为此URI的通用语法。[5]
使用浏览器开发人员工具，开发人员可以检查WebSocket握手以及WebSocket框架。[6]
历史
[编辑]WebSocket最初在HTML5规范中被引用为TCPConnection，作为基于TCP的套接字API的占位符。[7]2008年6月，Michael Carter进行了一系列讨论，最终形成了称为WebSocket的协议。[8]
“WebSocket”这个名字是Ian Hickson和Michael Carter之后在 #whatwg IRC聊天室创造的[9]，随后由Ian Hickson撰写并列入HTML5规范，并在Michael Carter的Cometdaily博客上宣布[10]。 2009年12月，Google Chrome 4是第一个提供标准支持的浏览器，默认情况下启用了WebSocket。[11]WebSocket协议的开发随后于2010年2月从W3C和WHATWG小组转移到IETF，并在Ian Hickson的指导下进行了两次修订。[12]
该协议被多个浏览器默认支持并启用后，RFC于2011年12月在Ian Fette下完成。[13]
背景
[编辑]早期，很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是轮询。轮询是指由浏览器每隔一段时间（如每秒）向服务器发出HTTP请求，然后服务器返回最新的数据给客户端。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而HTTP请求与回复可能会包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，所以这样会消耗很多带宽资源。
比较新的轮询技术是Comet。这种技术虽然可以实现双向通信，但仍然需要反复发出请求。而且在Comet中普遍采用的HTTP长连接也会消耗服务器资源。
在这种情况下，HTML5定义了WebSocket协议，能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通信。
Websocket使用ws或wss的统一资源标志符（URI）。其中wss表示使用了TLS的Websocket。如：
ws://example.com/wsapi wss://secure.example.com/wsapi
Websocket与HTTP和HTTPS使用相同的TCP端口，可以绕过大多数防火墙的限制。默认情况下，Websocket协议使用80端口；运行在TLS之上时，默认使用443端口。
优点
[编辑]- 较少的控制开销。在连接建立后，服务器和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。在不包含扩展的情况下，对于服务器到客户端的内容，此头部大小只有2至10字节（和数据包长度有关）；对于客户端到服务器的内容，此头部还需要加上额外的4字节的掩码。相对于HTTP请求每次都要携带完整的头部，此项开销显著减少了。
- 更强的实时性。由于协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少；即使是和Comet等类似的长轮询比较，其也能在短时间内更多次地传递数据。
- 保持连接状态。与HTTP不同的是，Websocket需要先建立连接，这就使得其成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息。而HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息（如身份认证等）。
- 更好的二进制支持。Websocket定义了二进制帧，相对HTTP，可以更轻松地处理二进制内容。
- 可以支持扩展。Websocket定义了扩展，用户可以扩展协议、实现部分自定义的子协议。如部分浏览器支持压缩等。
握手协议
[编辑]WebSocket 是独立的、建立在TCP上的协议。
Websocket 通过 HTTP/1.1 协议的101状态码进行握手。
为了建立Websocket连接，需要通过浏览器发出请求，之后服务器进行回应，这个过程通常称为“握手”（Handshaking）。
例子
[编辑]一个典型的Websocket握手请求如下[15]：
客户端请求：
GET /chat HTTP/1.1 Host: server.example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Origin: http://example.com Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat Sec-WebSocket-Version: 13
服务器回应：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo= Sec-WebSocket-Protocol: chat
字段说明
[编辑]- Connection必须设置Upgrade，表示客户端希望连接升级。
- Upgrade字段必须设置Websocket，表示希望升级到Websocket协议。
- Sec-WebSocket-Key是随机的字符串，服务器端会用这些数据来构造出一个SHA-1的信息摘要。把“Sec-WebSocket-Key”加上一个特殊字符串“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”，然后计算SHA-1摘要，之后进行Base64编码，将结果做为“Sec-WebSocket-Accept”头的值，返回给客户端。如此操作，可以尽量避免普通HTTP请求被误认为Websocket协议。
- Sec-WebSocket-Version 表示支持的Websocket版本。RFC6455要求使用的版本是13，之前草案的版本均应当弃用。
- Origin字段是必须的。如果缺少origin字段，WebSocket服务器需要回复HTTP 403 状态码（禁止访问）。[16]
- 其他一些定义在HTTP协议中的字段，如Cookie等，也可以在Websocket中使用。
浏览器支持
[编辑]WebSocket协议的安全版本在Firefox 6[17]、Safari 6、Google Chrome 14[18]、Opera 12.10和Internet Explorer 10中实现。[19]详细的协议测试包报告[20]列出了这些浏览器与特定协议方面的一致性。
Opera 11和Safari 5中实现了较旧的，不太安全的协议版本，以及iOS 4.2中的Safari移动版本。[21]OS7中的BlackBerry Browser实现了WebSockets。[22]由于存在漏洞，它在Firefox 4和5[23]以及Opera 11中被禁用。[24]
所有最新的浏览器支持最新规范（RFC 6455）的WebSocket协议。一个详细的测试报告[20]列出了这些浏览器支持的Websocket版本。
| 协议 | 发布日期 | IE | Firefox[25]（个人电脑） | Firefox (Android) | Chrome（个人电脑，手机） | Safari（Mac, iOS） | Opera（个人电脑，手机） | Android浏览器 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| hixie-75 （页面存档备份，存于互联网档案馆） | 2010年2月4日 | 4 | 5.0.0 | |||||
| hixie-76（页面存档备份，存于互联网档案馆） hybi-00 （页面存档备份，存于互联网档案馆） |
2010年5月10日， 2010年5月23日 |
4.0（已禁用） | 6 | 5.0.1 | 11.00（已禁用） | |||
| 7 hybi-07（页面存档备份，存于互联网档案馆） | 2011年4月22日 | 6[26]1 | ||||||
| 8 hybi-10 （页面存档备份，存于互联网档案馆） | 2011年7月11日 | 7[27]1 | 7 | 14[28] | ||||
| 13 RFC 6455 | 2011年12月 | 10[29] | 11 | 11 | 16[30] | 6 | 12.10[31] | 4.4[32] |
1基于Gecko 6–10版本的浏览器的WebSocket对象为“mozwebsocket”，[33]需要添加额外的代码。
服务器
[编辑]在服务器方面，网上都有不同对websocket支持的服务器：
- PHP - https://code.google.com/p/phpwebsocket/ （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- jetty （页面存档备份，存于互联网档案馆）（版本7开始支持websocket）
- netty （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Ruby - https://github.com/gimite/web-socket-ruby （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Kaazing
- Tomcat（7.0.27支持websocket，建议用tomcat8，7.0.27中的接口已经过时）
- WebLogic （页面存档备份，存于互联网档案馆）（12.1.2开始支持）
- Node.js - https://github.com/Worlize/WebSocket-Node （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Node.js - http://socket.io （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Nginx
- mojolicious （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Python - https://github.com/abourget/gevent-socketio （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Django （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- erlang - https://github.com/ninenines/cowboy （页面存档备份，存于互联网档案馆）
参考资料
[编辑]- ^ Ian Fette; Alexey Melnikov. Relationship to TCP and HTTP. RFC 6455 The WebSocket Protocol. IETF. December 2011: sec. 1.7. RFC 6455.
- ^ Glossary:WebSockets. Mozilla Developer Network. 2015 [2019-05-09]. （原始内容存档于2016-09-14）.
- ^ HTML5 WebSocket: A Quantum Leap in Scalability for the Web. [2019-05-09]. （原始内容存档于2021-04-01）.
- ^ Graham Klyne (编). IANA Uniform Resource Identifer (URI) Schemes. Internet Assigned Numbers Authority. 2011-11-14 [2011-12-10]. （原始内容存档于2013-04-25）.
- ^ Ian Fette; Alexey Melnikov. WebSocket URIs. RFC 6455 The WebSocket Protocol. IETF. December 2011: sec. 3. RFC 6455.
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- ^ [whatwg] TCPConnection feedback from Michael Carter on 2008-06-18 (whatwg.org from June 2008). lists.w3.org. [2016-04-17]. （原始内容存档于2016-04-27）.
- ^ IRC logs: freenode / #whatwg / 20080618. krijnhoetmer.nl. [2016-04-18]. （原始内容存档于2016-08-21）.
- ^ Comet Daily » Blog Archive » Independence Day: HTML5 WebSocket Liberates Comet From Hacks. [2016-04-17]. （原始内容存档于2016-04-23）.
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- ^ 存档副本. [2017-01-17]. （原始内容存档于2020-11-11）.
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- ^ RFC 6455 - The WebSocket Protocol. IETF Tools. [2019-05-09]. （原始内容存档于2017-03-06）.
Servers that are not intended to process input from any web page but only for certain sites SHOULD verify the |Origin| field is an origin they expect. If the origin indicated is unacceptable to the server, then it SHOULD respond to the WebSocket handshake with a reply containing HTTP 403 Forbidden status code.
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