Websocket使浏览器具有实时的双向通信能力。它可以打开用户浏览器和服务器之间的交互式通信会话。它提供了一种通过持久连接在客户端和服务器之间交换数据的方法。 系统设计基础知识系列第十一章WebSocket协议。你可以阅读我以前的文章 系统设计基础知识(一)网络 系统设计基础知识(二)数据库 系统设计的基础知识(三)吞吐量和延迟 系统设计基础知识(四)系统可用性 系统设计基础知识(五)缓存 系统设计基础知识(六)缓存区 系统设计基础知识(七)代理 系统设计基础知识(八)了解IP地址和端口 系统设计基础知识(九)负载均衡器 系统设计基础知识(十)DNS 首先我们要明白,WebSocket本质上是一个计算机网络应用层的协议,用来弥补HTTP协议持久通信能力的不足。 HTTP协议是一种无状态协议。每个新的HTTP请求只能由客户端发起。每个HTTP请求都已完全结束。虽然HTTP1。1增加了keepalive请求头,可以通过一个channel进行多次请求,但本质还是一样的。 建立连接传输数据传输后断开 WebSocket是TCP传输协议,复用HTTP握手通道。可实现全双工和长连接通信。可以在单个TCP连接上进行全双工通信,可以更好地节省服务器资源和带宽,实现实时通信。客户端和服务器只需完成一次握手,两者之间就可以建立持久连接。 WebSocket是一种基于TCPIP协议、独立于HTTP协议的通信协议。 HTTP协议本身并没有持久的通信能力,但是我们在实际应用中需要这种能力。WebSocket解决了HTTP的这些问题。当服务端完成从HTTP到WebSocket的协议升级后,服务端可以主动向客户端推送信息。2011年被互联网工程任务组(IETF)指定为标准RFC6455,并更新为RFC7936。于是,在HTML5标准中加入了WebSocket协议的相关API,只要实现了HTML5标准的客户端,就可以与支持WebSocket协议的服务器进行全双工持久通信。由于WebSocket只需要一次HTTP握手,服务器可以一直与客户端通信,直到连接关闭,解决了服务器重复解析HTTP协议的需要,减少了资源开销。 WebSocket的特点2路通讯有状态的可以在浏览器中使用 WebSocket协议原理 WebSocket协议需要建立TCP连接来传输数据。具体实现是通过HTTP协议建立通道,然后使用WebSocket协议进行通信,所以WebSocket协议和HTTP协议有一定的交叉关系。 WebSocket协议端口80 WebSocketSSL协议端口443 HandshakeWebSocket也有一个握手过程,然后就可以正式发送和接收数据了。客户端发送的数据格式如下:客户端请求消息 客户端发起WebSocket协议请求。GETchatHTTP1。1Upgrade:websocketConnection:UpgradeHost:server。example。comOrigin:http:example。comSecWebSocketKey:dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQSecWebSocketProtocol:chat,superchatSecWebSocketVersion:13 与传统HTTP消息的区别:Upgrade:websocketConnection:Upgrade 这两行表示WebSocket协议已启动。SecWebSocketKey:dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQSecWebSocketVersion:13 SecWebSocketKey它由浏览器随机生成,并针对恶意或无意的连接提供基本保护(Base64编码值)。 SecWebSocketVersion表示WebSocket的版本。最初WebSocket协议太多,不同厂商有自己的协议版本,现在已经确定了。如果服务器不支持该版本,则需要返回一个SecWebSocketVersionheader,其中包含服务器支持的版本号。 创建一个WebSocket对象:varwsnewwebsocket(ws:127。0。0。1:8001); ws表示使用WebSocket协议,后面是地址和端口 2。服务器响应消息HTTP1。1101SwitchingProtocolsUpgrade:websocketConnection:UpgradeSecWebSocketAccept:s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbKxOoSecWebSocketProtocol:chat101状态码表示服务器已经理解了客户端的请求,会通过Upgrade消息头通知客户端使用不同的协议来完成请求101SwitchingProtocols显示HTTP请求完成后响应的状态码,表示协议已经切换,表示WebSocket协议通过HTTP协议建立传输层的TCP连接,然后与HTTP协议无关。SecWebSocketAccept由服务器确认并加密SecWebSocketKeySecWebSocketProtocol代表最终使用的协议SecWebSocketAccept 计算方法:将SecWebSocketKey请求头中的值添加到专用UUID。摘要由SHA1计算并转换为base64字符串。SecWebSocketKey的转换SecWebSocketAccept只能带来基本的保证,但是连接是否安全,数据是否安全,客户端服务器是否合法,ws客户端,ws服务器,都没有实际的保证。 WebSocket数据帧 WebSocket以帧为单位传输数据。帧是客户端和服务器之间数据传输的最小单位。当数据过大时,可以将消息拆分成多帧发送。解码是恢复完整的消息 帧头中的操作码字段FIN,长度为1位,该标志用于指示当前帧是消息的最后一段。FIN字段全部为0,最后一帧的FIN字段为1。如果消息没有被分段,那么一帧包含完整的消息,它的FIN字段值为1。RSV13这3个字段是保留字段,仅在WebSocket扩展中使用。如果接收方接收到RSV13不全为0的帧,则这3个字段应设置为1。2方尚未协商使用WebSocket协议扩展,接收方应立即终止WebSocket连接Opcode,长度为4位,该字段将指示帧的类型0x0延续帧0x1文本框0x2二进制帧0x37,目前保留,以后会作为更多的非控制帧使用0x8连接关闭0x9当前ping帧0xA当前的乒乓帧0xBF目前保留,未来将用作更多控制帧Mask,长度为1位,该字段为标志位,用于指示该帧的数据(有效载荷)是否被屏蔽。PayloadLen帧有效载荷的长度(以字节为单位),该字段的长度是可变的,可能是7位,可能是716位,也可能是764位。Maskingkey当Mask标志为1时,表示这是一个被掩码覆盖的帧。此时存在Maskingkey字段,长度为32位。发送到服务器的帧必须用掩码覆盖。该字段的值由客户端使用具有足够大熵值的随机数生成器生成。Payload这个字段的长度是任意的,这个字段是帧的数据部分。 WebSocket控制类框架 主要用于传递一些连接控制信息关闭框架用于关闭WebSocket连接PingFrame检测帧,主要用于实现WebSocket层的KeepAlive,或者检测对方是否还处于活跃状态PongFrame是PingFrame的响应,一方面,接收方在收到Ping帧后应立即发回PongFrame,并且Payload的内容必须与Ping帧相同。状态码 连接成功状态码 101HTTP协议切换到WebSocket协议 连接关闭状态码 1000:正常断开 1001:服务器断开连接 1002:WebSocket协议错误 103:客户端接受不支持的数据格式 1006:异常关机 1007:客户端接受了无效的数据格式(短信编码不是utf8) 1009:传输数据量太大 1010:客户端终止连接 1011:服务器终止连接 1012:服务器正在重新启动 1013:服务器暂时终止 1014:通过网关或代理向服务器请求,服务器无法及时响应 1015:TLS握手失败 WebSocket断线的原因网络状态不好数据被各种类型(路由器、防火墙、代理服务器)阻止网络服务器故障 WebSocket断开连接的解决方案HeartbeatReconnection它是通过pingpong(常规帧控制帧)的服务器端实现来实现的。服务器向客户端发送ping0x9消息,客户端自动返回pong0xA消息。客户端定期向服务器发送消息。这里的消息是指WebSocket协议的数据帧,不需要通过代码实现。不同客户端发送消息的时间间隔不同。 优势更少的控制开销数据包头协议更小,不像HTTP为每个请求携带一个完整的头更强的实时性相比HTTP请求需要等待客户端发起请求,服务端可以响应,延迟明显更小保持连接状态通信创建后,可以省略状态信息。更好的二进制支持定义了二进制帧,更好地处理二进制内容支持扩展用户可以扩展WebSocket协议,实现一些自定义的子协议更好的压缩WebSocket可以继续使用之前内容的上下文,可以显着提高压缩比 如果你发现我的任何文章有帮助或有用,麻烦点赞或者转发。谢谢!