WebSocket协议

首先我们要了解http协议与https协议。协议其实就是数据块（存储特定格式的数据库）

其中https协议就是在http协议的基础上进行加密（SSL/TLS）.http是应用层协议

http请求：由客户端发起的

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http响应

1、websocket协议详解

属于全双工通信协议，允许客户端和服务器之间建立持久化的双向通讯连接。WebSocket协议设计的初衷就是解决HTTP协议在实时交互的局限性，例如长轮询、Ajax方法的高延迟问题，WebSocket可以在单个TCP连接上实现客户端与服务器之间的实时低延迟数据传输。

其中http1.1建立的就是短连接

1.1单工、半双公和双工

这三个术语描通讯方向性，主要适应数据传输和网络通讯。

• 单工：单工通讯是单向的，数据只能从发送方传送到接受发，而无法反向传输，通讯过程不支持反馈。例如电视广播、传统广播电台
• 半双工：半双工通信是双向的，但是任何时刻只能有一个方向的数据传输。发送方和接收方可以交替发送和接收数据，但不能同时进行。例：对讲机
• 双工：双工通讯是完全双向的，数据可以同时在两个方向传输。发送方和接收方可以同时发送和接收数据。例如，电话通讯；网络通信。

1.2Http的局限性

HTTP（超文本传输协议）是一种用于传输数据的协议，具有局限性。

1. 无状态性：HTTP是一种无状态协议，每次请求都是独立的，不会保留客户端的上下文信息。这使得用户会话和状态管理变得复杂，需要额外的机制（cookies或sessions）
2. 性能问题：延迟，每次请求都需要重新建立连接，尤其是HTTP1.1，存在多个请求会造成额外延迟；宽带浪费：每次请求都需要发送请求头，增加网络宽带消耗。
3. 安全性：HTTP是明文，容易被窃听篡改。HTTP本身不提供加密，HTTPS使用SSL/TLS进行加密。
4. 不支持双向通信：是请求-响应模型。
5. 请求重定向和缓存管理复杂性：HTTP请求重定向和缓存管理可能导致性能下降。
6. 适应性差：HTTP初衷是静态页面传输，现代动态内容支持不够灵活。

虽然HTTP是互联网通讯的基础，其局限性便于开发者。代替方案：websocket、HTTP2.0 和HTTP3.0。

2、WebSocket

2.1标准协议

websocket是基于TCP的协议，连接从一个标准的HTTP请求开始，经过一次协议升级后，建立一个全双工的websocket连接

webSokcet默认端口

• 80端口 : 非加密的WebSocket，使用wsl开头
• 443端口：加密的WebSocket协议（SSL/TSL加密），wss开头

WebSocket与URL类似，但是有一些特定的细节。

ws://[host]:[port]/[path]

1. 协议
   • ws:// ：表示WebSocket协议
   • wss:// ：表示WebSocket Secure（加密的WebSocket），类似于HTTPS
2. 主机（host）
   • 服务器的域名或IP地址：例如192.168.1.100
3. 端口（port）
   • webSocket默认80（ws）和443（wss）。
4. 路径
   • 服务器上用于WebSocket连接的具体路径

2.2 工作原理

2.2.1 握手阶段

WebSocket连接从HTPP请求开始，客户端通过HTTP升级机制请求升级协议

1. 客户端发起HTTP请求，并在请求中包含特定的WebSocket字段以表示建立WebSocket连接。

   GET /chat HTTP/1.1
   Host:example.com
   Upgrade:websocket
   Connection:Upgrade
   Sec-WebSocket-Key:dGh....==
   Sec-WebSocket-Version: 13

           

   • Upgrade:websocket :表示希望将协议升级为WebSocket
   • Connection：Upgrade 告知服务器此次连接希望协议升级
   • Sec-WebSocket-Key ：客户端生成的随机密钥，用于服务生成握手应答的 Sec-WebSocket-Accept
   • Sec-WebSocket-Version ：指定WebSocket的版本，当前标准为13
2. 服务器接收请求后，返回101状态码，并确认握手信息

   HTTP/1.1 101 Switching Protocals
   Upgrade :websocket
   Connection : Upgrade
   Sec-WebSocket-Accept:

   • HTTP/1.1 101 Switching Protocals : 状态行，三个部分组成
     • 协议版本 ：HTTP/1.1
     • 状态码： 101
     • 状态描述：Switching Protocals是对状态码的描述，说明服务器响应内容。
   • Sec-WebSocket-Accept：由Sec-WebSocket-Key和待定算法生成的哈希，用于确认握手安全性。

2.2.2 数据帧传输

通过帧传输（帧：是客户端和服务器之间传输的数据单元）。每一帧都有固定的格式，包含数据以及控制信息，WebScoket支持以下

• 文本帧 ： 用于传输文本，通常是UTF-8编码字符串
• 二进制帧 ： 用于传输二进制数据，图片、音视频数据
• 关闭帧 ： 用于关闭连接
• Ping和Pong ：用于检测连接活跃性，ping是由客户端或服务器发送，pong由对方响应

2.2.3 保持连接与心跳

WebSocket在建立后会保持连接状态，直到一方显示关闭连接。为了防止连接由于网络问题或闲置超时而断开，WebSocket支持通过Ping-Pong机制来检查活跃性。

2.2.4连接关闭

WebSocket关闭需要双方发送一个关闭帧。关闭帧包含一个关闭码和关闭原因，可以用来表明连接关闭的原因。

常见的关闭码

• 1000 ：正常关闭
• 1001：服务器或服务器因特殊原因
• 1002：协议错误
• 1003：接收不到支持的数据类型
• 1006：异常关闭
• 1007：收到不一致的数据帧。格式不正确
• 1009：发送消息超过可以接收到的大小
• 1011：服务器错误
• 10015：握手期间失败

3、WebSocket和HTTP对比

相同点

• 应用层协议：WebSocket和Http都属于应用层协议，数据传输
• 基于TCP
• 跨平台兼容
• 使用标准URL

不同点

• 连接模式：HTTP短连接，WebSocket长连接
• 通讯模式：单向（请求-响应）    初始通过HTTP后建立持久连接
• 延迟： 每次请求重新连接       一旦建立，延迟低，可实时传输数据
• 数据格式：基于文本的请求与响应，通常JSON/HTML   数据帧，支持文本和二进制
• 状态保持： 无状态（每个请求都是独立）         有状态（保持连接、允许持续交互）

应用场景

HTTP：静态网页加载、API、文件下载和上传、搜索引擎、内容管理系统

WebSocket：实时聊天应用、在线游戏、金融交易平台。

HTTP更适合请求-响应式交互吗，适合大多数常规数据传输要求。

WebSocket转为实时、双向的通讯而设计，适合需要快速响应和持续连接应用场景。