WebSocket
一、什么是websocket
Websocket是应用层第七层上的一个应用层协议,它必须依赖 HTTP 协议进行一次握手 ,握手成功后,数据就直接从 TCP 通道传输,与 HTTP 无关了。即:websocket分为握手和数据传输阶段,即进行了HTTP握手 + 双工的TCP连接。
下面我们分别来看一下这两个阶段的具体实现原理:
1、握手阶段
客户端发送消息:
GET /chat HTTP/1.1 Host: server.example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Origin: http://example.com Sec-WebSocket-Version: 13
服务端返回消息:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
这里值得注意的是Sec-WebSocket-Accept的计算方法:base64(hsa1(sec-websocket-key + 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11))。
如果这个Sec-WebSocket-Accept计算错误浏览器会提示:Sec-WebSocket-Accept dismatch。如果返回成功,Websocket就会回调onopen事件。
2、传输阶段
Websocket的数据传输是frame形式传输的,比如会将一条消息分为几个frame,按照先后顺序传输出去。这样做会有几个好处:
- a、大数据的传输可以分片传输,不用考虑到数据大小导致的长度标志位不足够的情况。
- b、和http的chunk一样,可以边生成数据边传递消息,即提高传输效率。
websocket传输使用的协议如下图:
参数说明如下:
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FIN:1位,用来表明这是一个消息的最后的消息片断,当然第一个消息片断也可能是最后的一个消息片断;
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RSV1, RSV2, RSV3: 分别都是1位,如果双方之间没有约定自定义协议,那么这几位的值都必须为0,否则必须断掉WebSocket连接;
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Opcode: 4位操作码,定义有效负载数据,如果收到了一个未知的操作码,连接也必须断掉,以下是定义的操作码:
* %x0 表示连续消息片断 * %x1 表示文本消息片断 * %x2 表未二进制消息片断 * %x3-7 为将来的非控制消息片断保留的操作码 * %x8 表示连接关闭 * %x9 表示心跳检查的ping * %xA 表示心跳检查的pong * %xB-F 为将来的控制消息片断的保留操作码
- Mask: 1位,定义传输的数据是否有加掩码,如果设置为1,掩码键必须放在masking-key区域,客户端发送给服务端的所有消息,此位的值都是1;
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Payload length: 传输数据的长度,以字节的形式表示:7位、7+16位、或者7+64位。如果这个值以字节表示是0-125这个范围,那这个值就表示传输数据的长度;如果这个值是126,则随后的两个字节表示的是一个16进制无符号数,用来表示传输数据的长度;如果这个值是127,则随后的是8个字节表示的一个64位无符合数,这个数用来表示传输数据的长度。多字节长度的数量是以网络字节的顺序表示。负载数据的长度为扩展数据及应用数据之和,扩展数据的长度可能为0,因而此时负载数据的长度就为应用数据的长度。
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Masking-key: 0或4个字节,客户端发送给服务端的数据,都是通过内嵌的一个32位值作为掩码的;掩码键只有在掩码位设置为1的时候存在。
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Payload data: (x+y)位,负载数据为扩展数据及应用数据长度之和。
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Extension data: x位,如果客户端与服务端之间没有特殊约定,那么扩展数据的长度始终为0,任何的扩展都必须指定扩展数据的长度,或者长度的计算方式,以及在握手时如何确定正确的握手方式。如果存在扩展数据,则扩展数据就会包括在负载数据的长度之内。
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Application data: y位,任意的应用数据,放在扩展数据之后,应用数据的长度=负载数据的长度-扩展数据的长度。
3、WebSocket 的其他特点
- 建立在 TCP 协议之上,服务器端的实现比较容易。
- 与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443,并且握手阶段采用 HTTP 协议,因此握手时不容易屏蔽,能通过各种 HTTP 代理服务器。
- 数据格式比较轻量,性能开销小,通信高效。
- 可以发送文本,也可以发送二进制数据。
- 没有同源限制,客户端可以与任意服务器通信。
- 协议标识符是ws(如果加密,则为wss),服务器网址就是 URL。