WebSocket协议介绍

WebSocket协议介绍Jade2020/01目录概述打开握手阶段帧格式说明附录概述本胶片描述RFC6455定义的WebSocket协议WebSocket在利旧HTTP组网拓扑前提下，为HTTP应用提供了一种TCP双向连接传递Message的方式。本胶片系作者出于个人需要，对RFC6455的阅读总结，能力有限，仅作为该规范的导读和参考材料。背景WHYBS架构下的即时通讯、游戏等应用需要Client和Server间的双向通信，而HTTP的Request/Response模型并不适合这种场景，导致了如下问题：Server要为每个客户端使用多个不同的TCP连接交互上下行数据通信协议开销过大，每个HTTPRequest/Response都需要携带HTTP头客户端脚本被强制维护从传出连接到传入连接的映射以跟踪应答How使用一个单一的TCP连接承载双向通信，WebSocket应运而生应用场景WEB应用：游戏、股票行情、即时通讯、及其他需要实时暴露Server端服务的用户接口程序其他应用：其他依赖于TCP的应用协议，通过定义WebSocket的子协议扩展支持，比如sip(rfc7118)、mqtt、xmpp、CoAP等等协议栈说明连接发起(握手)：指的是WebSocket连接的建立过程，通过HTTPGet/STATUS101协商建立；业务通信：WebSocket将上层的Message，根据需要分帧后，交给TCP发送；对端组帧后，交给上层应用连接关闭：WebSocket定义了close管理帧，用于终止WebSocket连接说明连接发起基于HTTP(/s)，其服务侧端口默认使用80/443，但可以使用其他端口；WebSocket只是连接发起通过HTTP协商建立，后续业务通信和连接关闭都是基于TCP完成MACIPTCPHTTP/HTTPsWebSocketAPP协议过程ClientServerGET/chatHTTP/1.1Host:server.example.comUpgrade:websocketConnection:UpgradeSec-WebSocket-Key:dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==Origin::13HTTP/1.1101SwitchingProtocolsUpgrade:websocketConnection:UpgradeSec-WebSocket-Accept:s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=Sec-WebSocket-Protocol:chat数据传输阶段:WebSocket基于TCP，将来自上层的Message按需分帧传送WebSocketFrameWebSocketFrameWebSocketcloseWebSocketclose连接发起(打开握手)阶段：1.握手阶段是一个双方协商扩展和支持的子协议的，并建立连接的过程；2.支持HTTP的basic/MD5摘要认证3.101是正常的返回，同样支持其他4xx/5xx等状态码注：红色头域是WebSocket对HTTP的扩展连接关闭(关闭握手):双方通过close管理帧结束通信，关闭底层TCP连接术语定义_this_：表示命名算法或定义之类的关键术语|this|：表示头域或变量定义/this/：表示变量值WebSocketURI：对标HTTPURI，不过schema为ws/wss，对应http/https/resourcename/：出现Get请求的Request-URI中：目录概述打开握手阶段帧格式说明附录握手过程Upgrade和Connection为HTTP协议现有头域，取值新增websocket/Upgrade用于指示协议切换到WebSocket协议；Sec-WebSocket-Key/Accept/Protocol/Version等为本规范新增的HTTP头域；ClientServerGET/chatHTTP/1.1Host:server.example.comUpgrade:websocketConnection:UpgradeSec-WebSocket-Key:dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==Origin::13HTTP/1.1101SwitchingProtocolsUpgrade:websocketConnection:UpgradeSec-WebSocket-Accept:s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=Sec-WebSocket-Protocol:chatClient端要求输入：/Host/：主机名，可以是IP或域名/Port/：端口，ws默认是80，wss默认是443，可选/Resourcename/：资源名，可以以此区分相同host上不同的WebSocket服务/Secureflag/：是否overTLS，可选Sub/Protocols/：扩展子协议集合，可选；/Extensions/：扩展项集合，可选/origin/：针对浏览器应用，用于跨域访问的安全检查Client端要求Client发起连接：根据/Host/和/Port/打开TCP连接，如果/Secureflag/为true，则在TCP连接建立后，进行TLS连接建立过程；发送WebSocketHTTPRequest：参考RFC2616构造合法的HTTPGetRequest：Request方法必须是Get，Version至少是HTTP1.1；Request-URI必须是/ResourceName/或者是由/Host/、/Port/、/ResourceName/组成的HTTP/s绝对路径；HTTPheader中必须包含|Host|头域，由/Host/加可选的:/Port/组成；HTTPheader中必须包含|Upgrade|头域，取值必须是”websocket”；HTTPheader中必须包含|Connection|头域，取值必须是”Upgrade”；HTTPheader中必须包含|Sec-WebSocket-Key|头域，该值为Client选择的16Byte随机数的Base64编码值；HTTPheader中必须包含|Sec-WebSocket-Version|头域，取值13HTTPheader中可选包含|Sec-WebSocket-Protocol|头域，指示Client期望协商的由逗号分隔的一个或多个子协议HTTPheader中可选包含|Sec-WebSocket-Extensions|头域，指示Client期望的当前子协议支持的扩展集；根据HTTP规范，可选包含|Authorization|、cookies(RFC6265)等其他合法头域Client端要求Client检查响应：如果Sever返回的StatusCode不是101，参考RFC2616处理；如果是101，转下步；如果Response缺少|Upgrade|头域，或者取值不是“websocket”，则认为失败；如果Response缺少|Connection|头域，或者取值不是“Upgrade”，则认为失败；如果Response缺少|Sec-WebSocket-Accept|头域，或者取值非法(见备注)，则认为失败；如果Response包括|Sec-WebSocket-Extensions|头域，但是取值不是Request中Extension的子集，则认为失败；如果Response包含|Sec-WebSocket-Protocol|头域，但是取值不是Request中Protocol的子集，则认为失败；如上检查通过后，Client认为WebSocket连接建立成功，Client端和Server端协商出了子协议和扩展集合，注意两者均可能为空上文中失败处理，参考“_FailtheWebSocketConnection”页Server端要求Server检查请求：RequestMethod必须是Get，且Request-URI必须是/Resourcename/或者是包含/Resourcename/的HTTP(/s)绝对路径；|Host|头域内容Server可接受；|Upgrade|头域包含大小写不敏感的“websoket”字串；|Connection|头域包含大小写不敏感的“Upgrade”字串；|Sec-WebSocket-Key|头域内容debase64后，长度为16Byte；|Sec-WebSocket-Version|头域指示版本号为13；|Origin|可选头域，指示的内容Server可接受；|Sec-WebSocket-Protocol|可选头域，包含Server可接受的子协议集合；|Sec-WebSocket-Extensions|可选头域，包含Server可接受的扩展结合；其他RFC2616定义的cookies、authentication等头域以上任一一个头域违反协议定义的规范，Server侧停止处理，并返回400BadRequestServer端要求Server生成应答：如果连接是HTTPs，则进行TLS协商，如果失败，则关闭连接，否则继续；Server可以通过返回401并携带||，进行HTTP客户端认证；Server可以返回3xx，重定向Client到其他Server。注意此步可以先于返回401应答；建立Websocket协议信息/origin/：Server可以据此决定是否处理该请求，返回合适的statuscode，比如403Forbidden，并终止连接；/key/：来自Request的|Sec-WebSocket-Key|/version/：来自Request的|Sec-WebSocket-Version|，如果Server无法接受该版本号，返回426UpgradeRequired并携带|Sec-WebSocket-Version|指示自身支持的版本/resourcename/：Server某个服务的标识，来自Request中的RequestURI，如果Server没有此服务，返回404NotFoundServer端要求建立Websocket协议信息/subprotocol/：根据Request中的|Sec-WebSocket-Protocol|头域，结合Server侧实际支持情况，选择本次连接使用的的子协议；如果Request未携带|Sec-WebSocket-Protocol|头域或者Server不同意使用任意一个，则设置为null，返回Client时不携带该头域，表示Server不同意Client指示的子协议；/extensions/：根据Request中的|Sec-WebSocket-Extensions|，结合Server侧对子协议的实际支持情况，生成扩展集合，集合可能为null；Server发送应答ResponseStatuscode为101：HTTP/1.1101SwitchingProtocols；Response中|Upgrade|头域设置为“websocket”；Response中|Connection|设置为“Upgrade”；Response中|Sec-WebSocket-Accept|设置为base64（sha-1（|Sec-WebSocketKey|+258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11））Server端要求Server发送应答可选：Response中|S