WebSocket
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WebSocket是一種網絡傳輸協定,可在單個TCP連接上進行全雙工通訊,位於OSI模型的應用層。WebSocket協定在2011年由IETF標準化為RFC 6455,後由RFC 7936補充規範。Web IDL中的WebSocket API由W3C標準化。
WebSocket使得客戶端和伺服器之間的數據交換變得更加簡單,允許伺服器端主動向客戶端推播數據。在WebSocket API中,瀏覽器和伺服器只需要完成一次交握,兩者之間就可以建立永續性的連接,並進行雙向數據傳輸。
簡介
[編輯]WebSocket是一種與HTTP不同的協定。兩者都位於OSI模型的應用層,並且都依賴於傳輸層的TCP協定。
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埠80和443進行工作,並支援HTTP代理和中介),從而使其與HTTP協定相容。
為了實現相容性,WebSocket交握使用HTTP Upgrade頭[1]從HTTP協定更改為WebSocket協定。
WebSocket協定支援Web瀏覽器(或其他客戶端應用程式)與Web伺服器之間的互動,具有較低的開銷,便於實現客戶端與伺服器的即時數據傳輸。 伺服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,並允許訊息在保持連接打開的同時來回傳遞。通過這種方式,可以在客戶端和伺服器之間進行雙向持續對話。 通訊通過TCP埠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訊。
大多數瀏覽器都支援該協定,包括Google Chrome、Firefox、Safari、Microsoft Edge、Internet Explorer和Opera。
與HTTP不同,WebSocket提供全雙工通訊。[2][3]此外,WebSocket還可以在TCP之上實現訊息流。TCP單獨處理位元組流,沒有原生的訊息概念。 在WebSocket之前,使用Comet可以實現全雙工通訊。但是Comet存在TCP交握和HTTP頭的開銷,因此對於小訊息來說效率很低。WebSocket協定旨在解決這些問題。
WebSocket協定規範將ws
(WebSocket)和wss
(WebSocket Secure)定義為兩個新的統一資源識別碼(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(不支援#
)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交握以及WebSocket框架。[6]
歷史
[編輯]WebSocket最初在HTML5規範中被參照為TCPConnection,作為基於TCP的通訊端API的預留位置。[7]2008年6月,Michael Carter進行了一系列討論,最終形成了稱為WebSocket的協定。[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網誌上宣佈[10]。 2009年12月,Google Chrome 4是第一個提供標準支援的瀏覽器,預設情況下啟用了WebSocket。[11]WebSocket協定的開發隨後於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]
該協定被多個瀏覽器預設支援並啟用後,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播技術,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)向伺服器發出HTTP請求,然後伺服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伺服器發出請求,然而HTTP請求與回覆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頻寬資源。
比較新的輪詢技術是Comet。這種技術雖然可以實現雙向通訊,但仍然需要反覆發出請求。而且在Comet中普遍採用的HTTP長連接也會消耗伺服器資源。
在這種情況下,HTML5定義了WebSocket協定,能更好的節省伺服器資源和頻寬,並且能夠更即時地進行通訊。
Websocket使用ws
或wss
的統一資源標誌符(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埠,可以繞過大多數防火牆的限制。預設情況下,Websocket協定使用80埠;執行在TLS之上時,預設使用443埠。
優點
[編輯]- 較少的控制開銷。在連接建立後,伺服器和客戶端之間交換數據時,用於協定控制的封包頭部相對較小。在不包含擴充的情況下,對於伺服器到客戶端的內容,此頭部大小只有2至10位元組(和封包長度有關);對於客戶端到伺服器的內容,此頭部還需要加上額外的4位元組的遮罩。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。
- 更強的即時性。由於協定是全雙工的,所以伺服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伺服器端才能響應,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定,之後通訊時可以省略部分狀態資訊。而HTTP請求可能需要在每個請求都攜帶狀態資訊(如身份認證等)。
- 更好的二進制支援。Websocket定義了二進制影格,相對HTTP,可以更輕鬆地處理二進制內容。
- 可以支援擴充。Websocket定義了擴充,用戶可以擴充協定、實現部分自訂的子協定。如部分瀏覽器支援壓縮等。
交握協定
[編輯]WebSocket 是獨立的、建立在TCP上的協定。
Websocket 通過 HTTP/1.1 協定的101狀態碼進行交握。
為了建立Websocket連接,需要通過瀏覽器發出請求,之後伺服器進行回應,這個過程通常稱為「交握」(Handshaking)。
例子
[編輯]一個典型的Websocket交握請求如下[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
伺服器回應:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo= Sec-WebSocket-Protocol: chat
欄位說明
[編輯]- Connection必須設置Upgrade,表示客戶端希望連接升級。
- Upgrade欄位必須設置Websocket,表示希望升級到Websocket協定。
- Sec-WebSocket-Key是隨機的字串,伺服器端會用這些數據來構造出一個SHA-1的資訊摘要。把「Sec-WebSocket-Key」加上一個特殊字串「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協定。
- Sec-WebSocket-Version 表示支援的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欄位是必須的。如果缺少origin欄位,WebSocket伺服器需要回覆HTTP 403 狀態碼(禁止訪問)。[16]
- 其他一些定義在HTTP協定中的欄位,如Cookie等,也可以在Websocket中使用。
瀏覽器支援
[編輯]WebSocket協定的安全版本在Firefox 6[17]、Safari 6、Google Chrome 14[18]、Opera 12.10和Internet Explorer 10中實現。[19]詳細的協定測試套件報告[20]列出了這些瀏覽器與特定協定方面的一致性。
Opera 11和Safari 5中實現了較舊的,不太安全的協定版本,以及iOS 4.2中的Safari流動版本。[21]OS7中的BlackBerry Browser實現了WebSockets。[22]由於存在漏洞,它在Firefox 4和5[23]以及Opera 11中被禁用。[24]
所有最新的瀏覽器支援最新規範(RFC 6455)的WebSocket協定。一個詳細的測試報告[20]列出了這些瀏覽器支援的Websocket版本。
協定 | 發佈日期 | IE | Firefox[25](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 (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) | 2010年2月4日 | 4 | 5.0.0 | |||||
hixie-76(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) hybi-00 (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) |
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(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) | 2011年4月22日 | 6[26]1 | ||||||
8 hybi-10 (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) | 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基於Gecko 6–10版本的瀏覽器的WebSocket對象為「mozwebsocket」,[33]需要添加額外的代碼。
伺服器
[編輯]在伺服器方面,網上都有不同對websocket支援的伺服器:
- PHP - https://code.google.com/p/phpwebsocket/ (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- jetty (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)(版本7開始支援websocket)
- netty (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Ruby - https://github.com/gimite/web-socket-ruby (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Kaazing
- Tomcat(7.0.27支援websocket,建議用tomcat8,7.0.27中的介面已經過時)
- WebLogic (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)(12.1.2開始支援)
- Node.js - https://github.com/Worlize/WebSocket-Node (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Node.js - http://socket.io (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Nginx
- mojolicious (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Python - https://github.com/abourget/gevent-socketio (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Django (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- erlang - https://github.com/ninenines/cowboy (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
參考資料
[編輯]- ^ 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]. (原始內容存檔於2016-09-14).
- ^ HTML5 WebSocket: A Quantum Leap in Scalability for the Web. [2019-05-09]. (原始內容存檔於2021-04-01).
- ^ 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).
- ^ Ian Fette; Alexey Melnikov. WebSocket URIs. RFC 6455 The WebSocket Protocol. IETF. December 2011: sec. 3. RFC 6455.
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- ^ IRC logs: freenode / #whatwg / 20080618. krijnhoetmer.nl. [2016-04-18]. (原始內容存檔於2016-08-21).
- ^ 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).
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- ^ RFC 6455 - The WebSocket Protocol. IETF Tools. [2019-05-09]. (原始內容存檔於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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