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資訊專欄INFORMATION COLUMN

淺析websocket

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摘要：握手結(jié)束后，雙方就可以進(jìn)行雙向通訊了，所有的通訊內(nèi)容都以數(shù)據(jù)幀格式來傳輸。數(shù)據(jù)幀比特表示一個(gè)中的最后一個(gè)。每個(gè)比特必須為，后續(xù)擴(kuò)展使用。比特表示負(fù)載數(shù)據(jù)是否?；蛘咦止?jié)如果標(biāo)志為時(shí)存在，保存。

Websocket 背景

歷史上，如果一個(gè)web應(yīng)用程序需要和server進(jìn)行雙向通信(例如，實(shí)時(shí)聊天和游戲)，
需要大量的http請求來檢查server的內(nèi)容是否有更新, 同時(shí)也需要很多http請求來發(fā)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(wù)每一個(gè)client：一類連接用來發(fā)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(wǎng)絡(luò)開銷，因?yàn)槊恳淮蜗⑼ㄓ嵍级及琱ttp header。

client需要維護(hù)一個(gè)map來映射發(fā)送數(shù)據(jù)的連接和接受數(shù)據(jù)的連接。

一個(gè)簡單的解決方案就是使用一個(gè)tcp連接來進(jìn)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(wǎng)關(guān)友好。

連接握手過程

client發(fā)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(yīng)

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(gè)端口可以同時(shí)服務(wù)HTTP請求和
websocket請求。

請求中Upgrage: websocket表示這是一個(gè)websocket請求。服務(wù)端收到該請求后會(huì)根據(jù)
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(yīng)給客戶端，客戶端校驗(yàn)
通過握手成功。

握手結(jié)束后，雙方就可以進(jìn)行雙向通訊了，所有的通訊內(nèi)容都以數(shù)據(jù)幀格式來傳輸。

數(shù)據(jù)幀

FIN: 1比特

表示一個(gè)message中的最后一個(gè)frame。

RSV1, RSV2, RSV3: 每個(gè)1比特

必須為0，后續(xù)擴(kuò)展使用。

Optcode: 4比特

定義負(fù)載數(shù)據(jù)的解析方式。

%x0 表示一個(gè)連續(xù)幀。

%x1 表示一個(gè)文本幀。

0x2 表示一個(gè)二進(jìn)制幀。

0x3-7 保留，以后給非控制幀使用。

0x8 表示連接關(guān)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(fù)載數(shù)據(jù)是否masked。如果為1，masking-key包含一個(gè)key，用來unmask負(fù)載
數(shù)據(jù)。所有從客戶端方向發(fā)送的數(shù)據(jù)，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(fù)載數(shù)據(jù)的長度。

126，接下來的兩個(gè)字節(jié)為16位無符號整型表示負(fù)載數(shù)據(jù)長度。

127, 接下來的8個(gè)字節(jié)為64為無符號整型表示負(fù)載數(shù)據(jù)長度。

Masking key: 0或者4字節(jié)

如果mask標(biāo)志為1時(shí)存在，保存mask key。

Payload data: 負(fù)載數(shù)據(jù)。

關(guān)閉握手過程

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

一端發(fā)送close frame后就表示這個(gè)連接將會(huì)被關(guān)閉并且不會(huì)再發(fā)送任何數(shù)據(jù)到另一端， 對端
收到close frame后知道這個(gè)連接將會(huì)被關(guān)閉，后續(xù)收到的數(shù)據(jù)都會(huì)被丟棄。

websocket關(guān)閉握手的目的是完善TCP的關(guān)閉握手，因?yàn)樵诙说蕉说那榫癟CP的關(guān)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(fā)送一個(gè)close frame然后等待響應(yīng)，這種方式避免了不必要的數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)的。

哪些服務(wù)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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