刨根问底HTTP和WebSocket协议(二）

Posted 2023-03-12

参考技术A

上篇介绍了HTTP1.1协议的基本内容，这篇文章将继续分析WebSocket协议，然后对这两个进行简单的比较。

WebSocket协议还很年轻，RFC文档相比HTTP的发布时间也很短，它的诞生是为了创建一种「 双向通信 」的协议，来作为HTTP协议的一个替代者。那么首先看一下它和HTTP（或者HTTP的长连接）的区别。

上一篇中提到WebSocket的目的就是解决网络传输中的双向通信的问题，HTTP1.1默认使用持久连接（persistent connection），在一个TCP连接上也可以传输多个Request/Response消息对，但是HTTP的基本模型还是一个Request对应一个Response。这在双向通信（客户端要向服务器传送数据，同时服务器也需要实时的向客户端传送信息，一个聊天系统就是典型的双向通信）时一般会使用这样几种解决方案：

WebSocket的目的是取代HTTP在双向通信场景下的使用，而且它的实现方式有些也是基于HTTP的（WS的默认端口是 80 和 443 ）。现有的网络环境（客户端、服务器、网络中间人、代理等）对HTTP都有很好的支持，所以这样做可以充分利用现有的HTTP的基础设施，有点向下兼容的意味。

简单来讲，WS协议有两部分组成：握手和数据传输。

出于兼容性的考虑，WS的握手使用HTTP来实现（此文档中提到未来有可能会使用专用的端口和方法来实现握手），客户端的握手消息就是一个「普通的，带有Upgrade头的，HTTP Request消息」。所以这一个小节到内容大部分都来自于RFC2616，这里只是它的一种应用形式，下面是RFC6455文档中给出的一个客户端握手消息示例：

可以看到，前两行跟HTTP的Request的起始行一模一样，而真正在WS的握手过程中起到作用的是下面几个header域。

如果服务器接受了这个请求，可能会发送如下这样的返回信息，这是一个标准的HTTP的Response消息。 101 表示服务器收到了客户端切换协议的请求，并且同意切换到此协议。RFC2616规定只有切换到的协议「比HTTP1.1更好」的时候才能同意切换。

ws协议默认使用 80 端口，wss协议默认使用 443 端口。

在握手之前，客户端首先要先建立连接，一个客户端对于一个相同的目标地址（通常是域名或者IP地址，不是资源地址）同一时刻只能有一个处于CONNECTING状态（就是正在建立连接）的连接。从建立连接到发送握手消息这个过程大致是这样的：

如果客户端没有处于代理环境中，它就要首先建立一个到达目标地址的直接的TCP连接。

服务端指的是所有参与处理WebSocket消息的基础设施，比如如果某服务器使用nginx（A）来处理WebSocket，然后把处理后的消息传给响应的服务器（B），那么A和B都是这里要讨论的服务端的范畴。

如果请求是HTTPS，则首先要使用TLS进行握手，如果失败，则关闭连接，如果成功，则之后的数据都通过此通道进行发送。

之后服务端可以进行一些客户端验证步骤（包括对客户端header域的验证），如果需要，则按照RFC2616来进行错误码的返回。

如果一切都成功，则返回成功的Response握手消息。

此握手消息是一个标准的HTTP Response消息，同时它包含了以下几个部分：

一旦这个握手发出去，服务端就认为此WebSocket连接已经建立成功，处于OPEN状态。它就可以开始发送数据了。

Sec-WebSocket-Version可以被通信双方用来支持更多的协议的扩展，RFC6455中定义的值为 13 ，WebSocket的客户端和服务端可能回自定义更多的版本号来支持更多的功能。其使用方法如上文所述。

WebSocket中所有发送的数据使用帧的形式发送。客户端发送的数据帧都要经过掩码处理，服务端发送的所有数据帧都不能经过掩码处理。否则对方需要发送关闭帧。

一个帧包含一个帧类型的标识码，一个负载长度，和负载。负载包括扩展内容和应用内容。

帧类型是由一个4位长的叫Opcode的值表示，任何WebSocket的通信方收到一个位置的帧类型，都要以连接失败的方式断开此连接。
RFC6455中定义的帧类型如下所示：

具体的每一项代表什么意思在这里就不做详细的阐述了。

同样作为应用层的协议，WebSocket在现代的软件开发中被越来越多的实践，和HTTP有很多相似的地方，这里将它们简单的做一个纯个人、非权威的比较：

这一篇简单地将WebSocket协议介绍了一遍，篇幅有点长了，数据帧也没有来得及详述。下篇会继续深扒WebSocket帧传输，另外将通过实例探讨一些WebSocket协议实际使用中的问题。

刨根问底HTTP和WebSocket协议(一）
WebSocket和Socket的区别（WebSocket外传）
刨根问底HTTP和WebSocket协议(三）