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WebSocket

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WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通讯的协议。WebSocket通信协议于2011年被IETF定为标准RFC 6455,并由RFC7936补充规范。WebSocket API也被W3C定为标准。

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,两者之间就直接可以创建持久性的连接,并进行双向数据传输。

背景[编辑]

现在,很多网站为了实现推送技术,所用的技术都是轮询。轮询是在特定的的时间间隔(如每1秒),由浏览器对服务器发出HTTP请求,然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。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请求可能包含较长的头部,其中真正有效的数据可能只是很小的一部分,显然这样会浪费很多的带宽等资源。

而比较新的技术去做轮询的效果是Comet。这种技术虽然可以双向通信,但依然需要反复发出请求。而且在Comet中,普遍采用的长链接,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讯。

Websocket使用ws或wss的统一资源标志符,类似于HTTPS,其中wss表示在TLS之上的Websocket。如:

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

Websocket使用和 HTTP 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。在连接创建后,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。于HTTP不同的是,Websocket需要先创建连接,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。
  • 更好的压缩效果。相对于HTTP压缩,Websocket在适当的扩展支持下,可以沿用之前内容的上下文,在传递类似的数据时,可以显著地提高压缩率。[1]

握手协议[编辑]

WebSocket 是独立的、创建在 TCP 上的协议。

Websocket 通过 HTTP/1.1 协议的101状态码进行握手。

为了创建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:

客户端请求

GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Host: example.com
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器回应

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/

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BASE-64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字段是可选的,通常用来表示在浏览器中发起此Websocket连接所在的页面,类似于Referer。但是,与Referer不同的是,Origin只包含了协议和主机名称。
  • 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[编辑]

实现websocket的协议,浏览器扮演着一个很重要的角色。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[2]列出了这些浏览器支持的Websocket版本。

浏览器支持现状
协议 发布日期 IE Firefox[3](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 2010年2月4日 4 5.0.0
hixie-76
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 2011年4月22日 6[4]1
8 hybi-10 2011年7月11日 7[5]1 7 14[6]
13 RFC 6455 2011年12月 10[7] 11 11 16[8] 6 12.10[9] 4.4[10]

1基于Gecko 6–10版本的浏览器的WebSocket对象为“mozwebsocket”,[11]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:

参考资料[编辑]

  1. ^ https://tools.ietf.org/html/rfc7692
  2. ^ WebSockets协议测试报告. Tavendo.de. 2011-10-27 [2011-12-10]. 
  3. ^ WebSockets (support in Firefox). Developer.mozilla.org. 2011-09-30 [2011-12-10]. 
  4. ^ Bug 640003 - WebSockets - upgrade to ietf-06. Bugzilla.mozilla.org. [2011-12-10]. 
  5. ^ WebSockets - upgrade to ietf-07>
  6. ^ Chromium bug 64470. Code.google.com. 2010-11-25 [2011-12-10]. 
  7. ^ WebSockets in Windows Consumer Preview. IE Engineering Team. 2012-03-19 [2012-07-23]. 
  8. ^ WebKit Changeset 97247: WebSocket: Update WebSocket protocol to hybi-17. Trac.webkit.org. [2011-12-10]. 
  9. ^ A hot Opera 12.50 summer-time snapshot. Opera Developer News. [2012-08-03]. (原始内容存档于2012-08-05). 
  10. ^ Compatibility tables for support of HTML5, CSS3, SVG and more in desktop and mobile browsers. caniuse.com. [2014-02-10]. 
  11. ^ WebSockets - MDN. Developer.mozilla.org. 2011-09-30 [2011-12-10].