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WebSocket

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WebSocket是一種網絡傳輸協議,可在單個TCP連接上進行全雙工通信,位於OSI模型應用層。WebSocket協議在2011年由IETF標準化為RFC 6455,後由RFC 7936補充規範。Web IDL英語Web IDL中的WebSocket API由W3C標準化。

WebSocket使得客戶端和服務器之間的數據交換變得更加簡單,允許服務端主動向客戶端推送數據。在WebSocket API中,瀏覽器和服務器只需要完成一次握手,兩者之間就可以建立持久性的連接,並進行雙向數據傳輸。

簡介[編輯]

WebSocket是一種與HTTP不同的協議。兩者都位於OSI模型應用層,並且都依賴於傳輸層的TCP協議。 雖然它們不同,但是RFC 6455中規定:it is designed to work over HTTP ports 80 and 443 as well as to support HTTP proxies and intermediaries(WebSocket通過HTTP端口80和443進行工作,並支持HTTP代理和中介),從而使其與HTTP協議兼容。 為了實現兼容性,WebSocket握手使用HTTP Upgrade頭[1]從HTTP協議更改為WebSocket協議。

WebSocket協議支持Web瀏覽器(或其他客戶端應用程序)與Web服務器之間的交互,具有較低的開銷,便於實現客戶端與服務器的實時數據傳輸。 服務器可以通過標準化的方式來實現,而無需客戶端首先請求內容,並允許消息在保持連接打開的同時來回傳遞。通過這種方式,可以在客戶端和服務器之間進行雙向持續對話。 通信通過TCP端口80或443完成,這在防火牆阻止非Web網絡連接的環境下是有益的。另外,Comet之類的技術以非標準化的方式實現了類似的雙向通信。

大多數瀏覽器都支持該協議,包括Google ChromeFirefoxSafariMicrosoft EdgeInternet ExplorerOpera

與HTTP不同,WebSocket提供全雙工通信。[2][3]此外,WebSocket還可以在TCP之上實現消息流。TCP單獨處理字節流,沒有固有的消息概念。 在WebSocket之前,使用Comet可以實現全雙工通信。但是Comet存在TCP握手和HTTP頭的開銷,因此對於小消息來說效率很低。WebSocket協議旨在解決這些問題。

WebSocket協議規範將ws(WebSocket)和wss(WebSocket Secure)定義為兩個新的統一資源標識符(URI)方案[4],分別對應明文和加密連接。除了方案名稱和片段ID(不支持#)之外,其餘的URI組件都被定義為此URI的通用語法。[5]

使用瀏覽器開發人員工具,開發人員可以檢查WebSocket握手以及WebSocket框架。[6]

歷史[編輯]

WebSocket最初在HTML5規範中被引用為TCPConnection,作為基於TCP的套接字API的占位符。[7]2008年6月,Michael Carter英語Michael Carter (entrepreneur)進行了一系列討論,最終形成了稱為WebSocket的協議。[8]

「WebSocket」這個名字是Ian Hickson和Michael Carter之後在 #whatwg IRC聊天室創造的[9],隨後由Ian Hickson撰寫並列入HTML5規範,並在Michael Carter的Cometdaily博客上宣布[10]。 2009年12月,Google Chrome 4是第一個提供標準支持的瀏覽器,默認情況下啟用了WebSocket。[11]WebSocket協議的開發隨後於2010年2月從W3C和WHATWG小組轉移到IETF,並在Ian Hickson的指導下進行了兩次修訂。[12]

該協議被多個瀏覽器默認支持並啟用後,RFC於2011年12月在Ian Fette下完成。[13]

背景[編輯]

早期,很多網站為了實現推送技術,所用的技術都是輪詢。輪詢是指由瀏覽器每隔一段時間(如每秒)向服務器發出HTTP請求,然後服務器返回最新的數據給客戶端。這種傳統的模式帶來很明顯的缺點,即瀏覽器需要不斷的向服務器發出請求,然而HTTP請求與回復可能會包含較長的頭部,其中真正有效的數據可能只是很小的一部分,所以這樣會消耗很多帶寬資源。

比較新的輪詢技術是Comet。這種技術雖然可以實現雙向通信,但仍然需要反覆發出請求。而且在Comet中普遍採用的HTTP長連接也會消耗服務器資源。

在這種情況下,HTML5定義了WebSocket協議,能更好的節省服務器資源和帶寬,並且能夠更實時地進行通訊。

Websocket使用wswss統一資源標誌符(URI)。其中wss表示使用了TLS的Websocket。如:

ws://example.com/wsapi
wss://secure.example.com/wsapi

Websocket與HTTP和HTTPS使用相同的TCP端口,可以繞過大多數防火牆的限制。默認情況下,Websocket協議使用80端口;運行在TLS之上時,默認使用443端口。

優點[編輯]

  • 較少的控制開銷。在連接建立後,服務器和客戶端之間交換數據時,用於協議控制的數據包頭部相對較小。在不包含擴展的情況下,對於服務器到客戶端的內容,此頭部大小只有2至10字節(和數據包長度有關);對於客戶端到服務器的內容,此頭部還需要加上額外的4字節的掩碼。相對於HTTP請求每次都要攜帶完整的頭部,此項開銷顯著減少了。
  • 更強的實時性。由於協議是全雙工的,所以服務器可以隨時主動給客戶端下發數據。相對於HTTP請求需要等待客戶端發起請求服務端才能響應,延遲明顯更少;即使是和Comet等類似的長輪詢比較,其也能在短時間內更多次地傳遞數據。
  • 保持連接狀態。與HTTP不同的是,Websocket需要先建立連接,這就使得其成為一種有狀態的協議,之後通信時可以省略部分狀態信息。而HTTP請求可能需要在每個請求都攜帶狀態信息(如身份認證等)。
  • 更好的二進制支持。Websocket定義了二進制幀,相對HTTP,可以更輕鬆地處理二進制內容。
  • 可以支持擴展。Websocket定義了擴展,用戶可以擴展協議、實現部分自定義的子協議。如部分瀏覽器支持壓縮等。
  • 更好的壓縮效果。相對於HTTP壓縮,Websocket在適當的擴展支持下,可以沿用之前內容的上下文,在傳遞類似的數據時,可以顯著地提高壓縮率。[14]

握手協議[編輯]

WebSocket 是獨立的、建立在TCP上的協議。

Websocket 通過 HTTP/1.1 協議的101狀態碼進行握手。

為了建立Websocket連接,需要通過瀏覽器發出請求,之後服務器進行回應,這個過程通常稱為「握手」(Handshaking)。

例子[編輯]

一個典型的Websocket握手請求如下[15]

客戶端請求:

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

服務器回應:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

字段說明[編輯]

  • Connection必須設置Upgrade,表示客戶端希望連接升級。
  • Upgrade字段必須設置Websocket,表示希望升級到Websocket協議。
  • Sec-WebSocket-Key是隨機的字符串,服務器端會用這些數據來構造出一個SHA-1的信息摘要。把「Sec-WebSocket-Key」加上一個特殊字符串「258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11」,然後計算SHA-1摘要,之後進行Base64編碼,將結果做為「Sec-WebSocket-Accept」頭的值,返回給客戶端。如此操作,可以儘量避免普通HTTP請求被誤認為Websocket協議。
  • Sec-WebSocket-Version 表示支持的Websocket版本。RFC6455要求使用的版本是13,之前草案的版本均應當棄用。
  • Origin字段是可選的,通常用來表示在瀏覽器中發起此Websocket連接所在的頁面,類似於Referer。但是,與Referer不同的是,Origin只包含了協議和主機名稱。
  • 其他一些定義在HTTP協議中的字段,如Cookie等,也可以在Websocket中使用。

瀏覽器支持[編輯]

WebSocket協議的安全版本在Firefox 6[16]、Safari 6、Google Chrome 14[17]、Opera 12.10和Internet Explorer 10中實現。[18]詳細的協議測試套件報告[19]列出了這些瀏覽器與特定協議方面的一致性。

Opera 11和Safari 5中實現了較舊的,不太安全的協議版本,以及iOS 4.2中的Safari移動版本。[20]OS7中的BlackBerry Browser實現了WebSockets。[21]由於存在漏洞,它在Firefox 4和5[22]以及Opera 11中被禁用。[23]

所有最新的瀏覽器支持最新規範(RFC 6455)的WebSocket協議。一個詳細的測試報告[19]列出了這些瀏覽器支持的Websocket版本。

瀏覽器支持現狀
協議 發布日期 IE Firefox[24](個人電腦) Firefox (Android) Chrome(個人電腦,手機) Safari(Mac, iOS) Opera(個人電腦,手機) Android瀏覽器
hixie-75 2010年2月4日 4 5.0.0
hixie-76 Archived 2012-04-19 at WebCite
hybi-00
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 Archived 2012-04-19 at WebCite 2011年4月22日 6[25]1
8 hybi-10 2011年7月11日 7[26]1 7 14[27]
13 RFC 6455 2011年12月 10[28] 11 11 16[29] 6 12.10[30] 4.4[31]

1基於Gecko 6–10版本的瀏覽器的WebSocket對象為「mozwebsocket」,[32]需要添加額外的代碼。

服務器[編輯]

在服務器方面,網上都有不同對websocket支持的服務器:

參考資料[編輯]

  1. ^ Ian Fette; Alexey Melnikov. Relationship to TCP and HTTP. RFC 6455 The WebSocket Protocol. IETF. December 2011: sec. 1.7. RFC 6455. 
  2. ^ Glossary:WebSockets. Mozilla Developer Network. 2015 [2019-05-09]. (原始內容存檔於2016-09-14). 
  3. ^ HTML5 WebSocket: A Quantum Leap in Scalability for the Web
  4. ^ Graham Klyne (編). IANA Uniform Resource Identifer (URI) Schemes. Internet Assigned Numbers Authority. 2011-11-14 [2011-12-10]. (原始內容存檔於2013-04-25). 
  5. ^ Ian Fette; Alexey Melnikov. WebSocket URIs. RFC 6455 The WebSocket Protocol. IETF. December 2011: sec. 3. RFC 6455. 
  6. ^ Wang, Vanessa; Salim, Frank; Moskovits, Peter. APPENDIX A: WebSocket Frame Inspection with Google Chrome Developer Tools. The Definitive Guide to HTML5 WebSocket. Apress. February 2013 [7 April 2013]. ISBN 978-1-4302-4740-1. (原始內容存檔於2015-12-31). 
  7. ^ HTML 5. www.w3.org. [2016-04-17]. (原始內容存檔於2016-09-16). 
  8. ^ [whatwg] TCPConnection feedback from Michael Carter on 2008-06-18 (whatwg.org from June 2008). lists.w3.org. [2016-04-17]. (原始內容存檔於2016-04-27). 
  9. ^ IRC logs: freenode / #whatwg / 20080618. krijnhoetmer.nl. [2016-04-18]. (原始內容存檔於2016-08-21). 
  10. ^ Comet Daily » Blog Archive » Independence Day: HTML5 WebSocket Liberates Comet From Hacks. [2016-04-17]. (原始內容存檔於2016-04-23). 
  11. ^ Web Sockets Now Available In Google Chrome. Chromium Blog. [2016-04-17] (美國英語). 
  12. ^ <ian@hixie.ch>, Ian Hickson. The WebSocket protocol. tools.ietf.org. [2016-04-17]. (原始內容存檔於2017-03-17). 
  13. ^ <ian@hixie.ch>, Ian Hickson. The WebSocket protocol. tools.ietf.org. [2016-04-17]. (原始內容存檔於2017-03-06). 
  14. ^ https://tools.ietf.org/html/rfc7692
  15. ^ 存档副本. [2019-05-09]. (原始內容存檔於2017-03-06). 
  16. ^ Dirkjan Ochtman. WebSocket enabled in Firefox 6. Mozilla.org. May 27, 2011 [2011-06-30]. (原始內容存檔於2012-05-26). 
  17. ^ Chromium Web Platform Status. [2011-08-03]. (原始內容存檔於2017-03-04). 
  18. ^ WebSockets (Windows). Microsoft. 2012-09-28 [2012-11-07]. (原始內容存檔於2015-03-25). 
  19. ^ 19.0 19.1 WebSockets Protocol Test Report. Tavendo.de. 2011-10-27 [2011-12-10]. (原始內容存檔於2016-09-22).  引用錯誤:帶有name屬性「autobahn」的<ref>標籤用不同內容定義了多次
  20. ^ Katie Marsal. Apple adds accelerometer, WebSockets support to Safari in iOS 4.2. AppleInsider.com. November 23, 2010 [2011-05-09]. (原始內容存檔於2013-07-17). 
  21. ^ Web Sockets API. BlackBerry. [8 July 2011]. (原始內容存檔於2011-06-10). 
  22. ^ Chris Heilmann. WebSocket disabled in Firefox 4. Hacks.Mozilla.org. December 8, 2010 [2011-05-09]. (原始內容存檔於2017-03-06). 
  23. ^ Aleksander Aas. Regarding WebSocket. My Opera Blog. December 10, 2010 [2011-05-09]. (原始內容存檔於2010-12-15). 
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  25. ^ Bug 640003 - WebSockets - upgrade to ietf-06. Bugzilla.mozilla.org. [2011-12-10]. 
  26. ^ WebSockets - upgrade to ietf-07>
  27. ^ Chromium bug 64470. Code.google.com. 2010-11-25 [2011-12-10]. 
  28. ^ WebSockets in Windows Consumer Preview. IE Engineering Team. 2012-03-19 [2012-07-23]. (原始內容存檔於2012-08-07). 
  29. ^ WebKit Changeset 97247: WebSocket: Update WebSocket protocol to hybi-17. Trac.webkit.org. [2011-12-10]. 
  30. ^ A hot Opera 12.50 summer-time snapshot. Opera Developer News. [2012-08-03]. (原始內容存檔於2012-08-05). 
  31. ^ Compatibility tables for support of HTML5, CSS3, SVG and more in desktop and mobile browsers. caniuse.com. [2014-02-10]. (原始內容存檔於2017-04-08). 
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