WebSocket 协议 | Yao's Blog

简介

WebSocket 是一种和 HTTP 不同的协议。两者都位于 OSI 模型的应用层，并且都依赖于传输层的 TCP 协议，WebSocket 复用了 HTTP 的握手通道。

虽然和 HTTP 不同，但是 RFC 6455 中规定：it is designed to work over HTTP ports 80 and 443 as well as to support HTTP proxies and intermediaries（WebSocket 通过 HTTP 端口 80 和 443 进行工作，并支持 HTTP 代理和中介），从而使 WebSocket 与 HTTP 协议兼容。

WebSocket 协议的最大特点就是服务器可以主动向客户端发送信息，客户端也可以向服务器发送信息，实现了双向通信。

特点

连接状态

WebSocket 创建连接之后就成为一种有状态的协议，之后的通信可以省略部分状态信息。而 HTTP 请求可能需要在每个请求都携带状态信息（如身份认证等）。

实时性

由于 WebSocket 协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于 HTTP 请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少。

数据开销

WebSocket 协议有着较少的控制开销。在连接创建后，服务器和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。在不包含扩展的情况下，对于服务器到客户端的内容，此头部大小只有 2 至 10 字节（和数据包长度有关）；对于客户端到服务器的内容，此头部还需要加上额外的 4 字节的掩码。相对于HTTP 请求每次都要携带完整的头部，此项开销显著减少了。

二进制支持

WebSocket 定义了二进制帧，相对 HTTP，可以更轻松地处理二进制内容。

扩展

WebSocket 定义了扩展，用户可以扩展协议、实现部分自定义的子协议。如部分浏览器支持压缩等。

压缩

相对于 HTTP 压缩，WebSocket 在适当的扩展支持下，可以沿用之前内容的上下文，在传递类似的数据时，可以显著地提高压缩率。

建立连接

WebSocket 请求通过 HTTP/1.1 协议的 101 状态码进行握手，同样包含请求报文和响应报文。不同浏览器的 WebSocket 最大连接数量不同：

IE：6
Chrome：256
Firefox：200
Safari：1273（Mac版本）

客户端：申请协议升级

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Extensions: deflate-frame
Sec-WebSocket-Protocol: soap, wamp
Sec-WebSocket-Version: 13

Connection：该字段必须设置为Upgrade，表示客户端要升级协议。
Upgrade：必须设置为websocket，表示客户端要求升级到WebSocket协议。
Sec-WebSocket-Key：浏览器随机生成基于 Base64 的密钥。服务器基于这个密钥生成响应首部的Sec-WebSocket-Accept。
Origin：该字段是必须的，如果缺少Origin字段，服务器需要回复 HTTP 403 状态码（禁止访问）。
Sec-WebSocket-Version：表示支持的 WebSocket 版本（RFC6455 要求使用的版本是 13）。如果服务端不支持该版本，会返回一个 Sec-WebSocket-Version 头，里面包含服务端支持的版本号。
Sec-WebSocket-Protocol：表示不仅要传输任何数据，还要传输 SOAP 或 WAMP（“The WebSocket Application Messaging Protocol”）协议中的数据。
Sec-WebSocket-Extensions：由浏览器自动发送，其中包含其支持的所有扩展的列表。

服务器：响应协议升级

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Extensions: deflate-frame
Sec-WebSocket-Protocol: soap

Sec-WebSocket-Accept：服务器通过请求报文中的Sec-WebSocket-Key加密过后生成的值，浏览器通过这个值确保请求和响应对应，同样可以防止恶意连接或避免普通 HTTP 请求被误认为WebSocket协议。
Sec-WebSocket-Protocol：表示服务器仅支持所请求的子协议中的 SOAP。
Sec-WebSocket-Extensions：表示服务器支持客户端请求中的扩展。

Sec-WebSocket-Accept 的生成过程

将请求报文中的Sec-WebSocket-Key加上一个特殊的字符串。

计算 SHA-1 摘要，然后进行 Base64 编码，结果就为Sec-WebSocket-Accept头的值。

1	toBase64(sha1(Sec-WebSocket-Key + 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11))

const crypto = require('crypto');
const magic = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
const secWebSocketKey = 'w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==';

let secWebSocketAccept = crypto.createHash('sha1')
	.update(secWebSocketKey + magic)
	.digest('base64');

console.log(secWebSocketAccept);
// Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

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