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淺析websocket

oujie / 3117人閱讀

摘要：握手結束后，雙方就可以進行雙向通訊了，所有的通訊內容都以數據幀格式來傳輸。數據幀比特表示一個中的最后一個。每個比特必須為，后續擴展使用。比特表示負載數據是否。或者字節如果標志為時存在，保存。

Websocket 背景

歷史上，如果一個web應用程序需要和server進行雙向通信(例如，實時聊天和游戲)，
需要大量的http請求來檢查server的內容是否有更新, 同時也需要很多http請求來發送
通知，這種方式有許多問題:

server端必須使用大量的tcp連接來服務每一個client：一類連接用來發送信息給
client, 另一類連接用來接收新的消息。

有大量不必要網絡開銷，因為每一次消息通訊都都包含http header。

client需要維護一個map來映射發送數據的連接和接受數據的連接。

一個簡單的解決方案就是使用一個tcp連接來進行雙向通訊，這就是websocket的作用。

websocket使用80和443端口，對HTTP代理和網關友好。

連接握手過程

client發送

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

server響應

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

連接握手的目的是兼容基于HTTP的server和代理，所以一個端口可以同時服務HTTP請求和
websocket請求。

請求中Upgrage: websocket表示這是一個websocket請求。服務端收到該請求后會根據
請求中攜帶的Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==通過特定算法生成
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=響應給客戶端，客戶端校驗
通過握手成功。

握手結束后，雙方就可以進行雙向通訊了，所有的通訊內容都以數據幀格式來傳輸。

數據幀

FIN: 1比特

表示一個message中的最后一個frame。

RSV1, RSV2, RSV3: 每個1比特

必須為0，后續擴展使用。

Optcode: 4比特

定義負載數據的解析方式。

%x0 表示一個連續幀。

%x1 表示一個文本幀。

0x2 表示一個二進制幀。

0x3-7 保留，以后給非控制幀使用。

0x8 表示連接關閉。

0x9 表示ping。

0xA 表示pong。

0xB-F 保留，以后給控制幀使用。

Mask: 1比特

表示負載數據是否masked。如果為1，masking-key包含一個key，用來unmask負載
數據。所有從客戶端方向發送的數據，該位必須置1。

*Playload length: * 7比特，7+16比特， 或者7+64比特

0-125表示負載數據的長度。

126，接下來的兩個字節為16位無符號整型表示負載數據長度。

127, 接下來的8個字節為64為無符號整型表示負載數據長度。

Masking key: 0或者4字節

如果mask標志為1時存在，保存mask key。

Payload data: 負載數據。

關閉握手過程

關閉握手比連接握手簡單的多，連接的任何一端都可以發送一個close frame，
開始關閉握手，收到這個control frame的端發送一個close frame響應,
另一端收到這個close frame后關閉連接。

一端發送close frame后就表示這個連接將會被關閉并且不會再發送任何數據到另一端， 對端
收到close frame后知道這個連接將會被關閉，后續收到的數據都會被丟棄。

websocket關閉握手的目的是完善TCP的關閉握手，因為在端到端的情景TCP的關閉握手并不
總是可信賴的，尤其端到端中間有代理或者防火墻的情況下。

通過發送一個close frame然后等待響應，這種方式避免了不必要的數據丟失。

websocket & nginx

nginx并沒有支持websocket，只是支持websocket的代理。

http {
    map $http_upgrade $connection_upgrade {
        default upgrade;
        "" close;
    }

    upstream websocket {
        server 192.168.100.10:8010;
    }

    server {
        listen 8020;
        location / {
            proxy_pass http://websocket;
            proxy_http_version 1.1;
            proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
            proxy_set_header Connection $connection_upgrade;
        }
    }
}

nginx也有第三方支持websocket的模塊nchan,但
不是為流媒體設計的。

哪些服務端支持websocket

Node.js

Socket.IO

WebSocket-Node

ws

Java

Jetty

Rubby

EventMachine

Python

pywebsocket

Tornado

Erlang

Shirasu

.NET

SuperWebSocket

參考資料

http://blog.teamtreehouse.com/an-introduction-to-websockets

http://www.websocket.org/aboutwebsocket.html

https://www.html5rocks.com/en/tutorials/websockets/basics

https://os.alfajango.com/websockets-slides/#/2

The WebSocket Protocol

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