websocket学习（一）

11. WebSocket

    维基百科，自由的百科全书

    WebSocket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，并被RFC7936所补充规范。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。

    目录

    • 1背景
    • 2优点
    • 3握手协议
      • 3.1例子
      • 3.2字段说明
    • 4浏览器
    • 5服务器
    • 6参考资料

    背景

    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/wsapiwss://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

    • 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

    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

    一个典型的Websocket握手请求如下：

    客户端请求

    GET / HTTP/1.1Upgrade: websocketConnection: UpgradeHost: example.comOrigin: http://example.comSec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==Sec-WebSocket-Version: 13

    服务器回应

    HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/

    字段说明

    • 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被弃用。
    • 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，于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

    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IEFirefox^[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-752010年2月4日   45.0.0  hixie-76
    hybi-002010年5月10日，
    2010年5月23日 4.0（已被禁用） 65.0.111.00（已被禁用） 7 hybi-072011年4月22日 6^[4]1     8 hybi-102011年7月11日 7^[5]1714^[6]   13 RFC 64552011年12月10^[7]111116^[8]612.10^[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

    在服务器方面，网上都有不同对websocket支持的服务器：

    • php - http://code.google.com/p/phpwebsocket/
    • jetty - http://jetty.codehaus.org/jetty/（版本7开始支持websocket）
    • netty - http://www.jboss.org/netty
    • ruby - http://github.com/gimite/web-socket-ruby
    • Kaazing - http://www.kaazing.org/confluence/display/KAAZING/Home
    • Tomcat - http://tomcat.apache.org/（7.0.27支持websocket，建议用tomcat8，7.0.27中的接口已经过时）
    • WebLogic - http://www.oracle.com/us/products/middleware/cloud-app-foundation/weblogic/overview/index.html（12.1.2開始支持）
    • node.js - https://github.com/Worlize/WebSocket-Node
    • node.js - http://socket.io
    • nginx - http://nginx.com/
    • mojolicious - http://mojolicio.us/
    • python - https://github.com/abourget/gevent-socketio
    • Django - https://github.com/stephenmcd/django-socketio
    • erlang - https://github.com/ninenines/cowboy.git

    参考资料

12. 
    
13. https://tools.ietf.org/html/rfc7692
14. 
    
15. WebSockets协议测试报告. Tavendo.de. 2011-10-27[2011-12-10].
16. 
    
17. WebSockets (support in Firefox). Developer.mozilla.org. 2011-09-30[2011-12-10].
18. 
    
19. Bug 640003 - WebSockets - upgrade to ietf-06. Bugzilla.mozilla.org.[2011-12-10].
20. 
    
21. WebSockets - upgrade to ietf-07>
22. 
    
23. Chromium bug 64470. Code.google.com. 2010-11-25[2011-12-10].
24. 
    
25. WebSockets in Windows Consumer Preview. IE Engineering Team. 2012-03-19 [2012-07-23].
26. 
    
27. WebKit Changeset 97247: WebSocket: Update WebSocket protocol to hybi-17. Trac.webkit.org.[2011-12-10].
28. 
    
29. A hot Opera 12.50 summer-time snapshot. Opera Developer News. [2012-08-03]. （原始内容存档于2012-08-05）.
30. 
    
31. Compatibility tables for support of HTML5, CSS3, SVG and more in desktop and mobile browsers. caniuse.com. [2014-02-10].
32. 
    WebSockets - MDN. Developer.mozilla.org. 2011-09-30[2011-12-10].