二十九、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜Web socket Server＞

1 前言

  在互联网的世界中，实时、高效的数据交换是至关重要的。WebSocket协议，作为一种强大的通信工具，正是为满足这一需求而生。与传统的HTTP协议不同，WebSocket协议允许服务器主动向客户端发送数据，而不需要客户端发起请求。这种特性使得WebSocket协议在需要实时数据交换的场景中，如在线聊天、多人在线游戏等，具有显著的优势。

  W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器，同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网Web socket应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2 .1 什么是WebSocket协议？

  WebSocket是一种网络协议，允许服务器和客户端之间进行双向通信。与HTTP使用请求和响应模式不同，WebSocket对等方可以在任何时候向任一方向发送消息。WebSocket通常用于聊天应用和其他需要服务器和客户端之间持续通信的应用。

2.2 WebSocket协议工作原理

1. 客户端向服务器发出HTTP请求以建立WebSocket连接。
2. 如果服务器使用WebSocket协议，则它将接受升级并发送响应。
3. 如果初始握手成功，客户端和服务器已经同意使用为HTTP请求建立的现有TCP/IP连接作为WebSocket连接。
4. 数据现在可以通过这个连接使用基本的帧消息协议流动。
5. 一旦双方都确认WebSocket连接应该关闭，TCP连接就会被拆除。

2.3 WebSocket协议优点

MODBUS TCP协议的优点包括：

1. 全双工通信：WebSocket支持全双工通信，这意味着服务器和客户端可以同时发送和接收信息。
2. 实时性：使用WebSocket，可以立即发送和接收数据，比HTTP更快。此外，它们比AJAX更快。
3. 跨源通信：尽管这可能带来安全风险，但WebSocket支持跨源通信。
4. 跨平台兼容性：WebSocket支持跨平台兼容性，包括Web、桌面和移动设备。
5. 低开销：HTTP需要大约2000字节的开销，而WebSocket只需要2字节。
6. 替代长轮询：WebSocket可以替代长轮询。
7. 数据类型：与只能发送字符串数据类型的AJAX调用不同，WebSocket是数据类型化的。
8. 持久连接：WebSocket是客户端和服务器之间的持久连接，这允许服务器在任何时候向客户端发送数据，而无需客户端请求。
9. 低延迟：由于连接已经建立，因此WebSocket数据帧的组织非常高效（主要是6个额外的字节，2个字节用于头部，4个字节用于掩码），可以比通过包含头部、cookie等的HTTP请求更高效地发送数据。
10. 减少带宽使用：与基于HTTP的实时机制（如HTTP长轮询）相比，WebSocket协议使用持久连接，而不是连续的HTTP请求/响应周期。WebSocket需要的带宽较少，并且与HTTP相比，提供了较低的延迟，从而减轻了客户端和服务器的负担。
11. 改善性能和响应性：WebSocket的优点是，它们可以在客户端和服务器之间进行实时通信，而无需频繁的HTTP请求/响应。这带来了诸如减少延迟、改善性能和响应性的Web应用程序等好处。

2.4 WebSocket应用场景

WebSocket协议的应用场景广泛，以下是一些主要的领域：

1. 实时事件更新：例如体育比赛实时得分、股市价格等。
2. 用户通知：例如软件更新、内容更新。
3. 协作编辑工具：多人同时在线编辑同一份文档。
4. 信息流：例如社交媒体和新闻的实时更新。
5. 社交媒体流：例如实时更新的Twitter或Facebook信息流。
6. 聊天应用：例如实时的在线聊天。
7. 多人在线游戏：例如需要多人同时在线的网络游戏。