WebSocket协议

WebSocket协议是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的网络协议。它允许客户端和服务器之间建立持久连接，实现双向实时数据交换。

1. 背景与需求
   在WebSocket出现之前，网页应用通常通过轮询（例如定期发送HTTP请求）或长轮询（保持HTTP连接直到服务器返回数据）实现实时更新。这些方式效率低，因为每个请求都需要携带HTTP头信息，且无法实现服务器主动推送数据。

2. 协议特点

   • 全双工通信：客户端和服务器可以同时发送和接收数据。
   • 低开销：建立连接后，数据传输仅需少量字节的控制信息，无需重复发送HTTP头部。
   • 基于TCP：工作在TCP协议之上，默认使用端口80（WS）或443（WSS）。
   • 标准协议：由IETF标准化（RFC 6455），主流浏览器均支持。

3. 连接建立过程

   • 客户端通过HTTP升级请求发起握手，请求头包含：

     Upgrade: websocket  
     Connection: Upgrade  
     Sec-WebSocket-Key: [随机生成的密钥]  
     

   • 服务器返回状态码101（切换协议），响应头包含：

     Sec-WebSocket-Accept: [基于客户端密钥计算的哈希值]  
     

   • 握手完成后，TCP连接复用为WebSocket通道，后续数据传输不再遵循HTTP格式。

4. 数据帧结构
   WebSocket数据以帧（Frame）为单位传输，包含：

   • 操作码：定义数据类型（如文本、二进制、连接关闭）。
   • 掩码键：客户端发送的数据需掩码处理以防止代理缓存污染。
   • 负载长度：支持分帧传输大规模数据。

5. 应用场景

   • 实时聊天、在线游戏、股票行情推送
   • 协同编辑工具、远程控制软件
   • 物联网设备状态同步

6. 安全机制

   • 使用wss://协议通过TLS加密传输（类似HTTPS）。
   • 握手阶段的密钥验证确保连接未被中间人劫持。
   • 客户端掩码机制防止恶意脚本利用代理缓存攻击。

7. 与HTTP/2 Server Push的区别
   HTTP/2 Server Push仅支持服务器单向推送资源，而WebSocket提供真正的双向通信能力，适用于需要持续交互的场景。