WebSocket(WebSock)协议介绍

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WebSocket（ws）协议 是一种在单个 TCP 连接上实现全双工（双向）通信的计算机通信协议，专门为浏览器应用提供高效的实时数据交换。它于 2011 年被 IETF 标准化为 RFC 6455，并由 WHATWG 维护为 WebSockets 规范。它解决了传统 HTTP 协议在实时通信场景下的痛点（如短轮询或长轮询的高开销、连接资源浪费），允许客户端和服务器在连接建立后随时双向发送文本或二进制消息，无需每次请求。

工作原理（协议栈）

    1. 握手阶段（Opening Handshake）：使用 HTTP 兼容方式建立连接。
    1. 数据传输阶段：二进制帧协议（Frame-based），支持文本（UTF-8）和二进制消息。
    1. 关闭阶段（Closing Handshake）：显式关闭连接。

协议升级（Handshake）

  • 客户端发送 GET 请求（含 Upgrade: websocket、Connection: Upgrade 等头）。
  • 服务器返回 101 Switching Protocols 确认。

示例客户端请求

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==   (16 随机 Base64 字节)
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Version: 13
  • 服务器计算 Sec-WebSocket-Accept（SHA-1 + “258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11” 后 Base64 编码），确认后切换协议。
  • 握手成功后，切换到专用二进制帧通信。

数据帧（Data Framing）

  • 每个消息由一个或多个帧组成（文本/二进制）。
  • 关键字段：opcode（操作码，0x1=文本、0x2=二进制、0x8=关闭、0x9=ping、0xA=pong）、掩码（客户端发送数据时必须）、Payload Length、Extension Data、Application Data。
  • 客户端发送时必须掩码（Masking）数据，防止代理/中间设备修改；服务器不掩码。
  • 支持分片（Fragmentation）、控制帧（Ping/Pong 用于心跳）。
  • 最大 Payload 长度：64KB（可扩展）。

URI与端口

  • 非加密：ws://（端口 80）
  • 加密（推荐）：wss://（端口 443，TLS 保护）
  • 语法与通用 URI 类似，无 Fragment。

优势

  • 低延迟：全双工，消息无队首阻塞（可监控 bufferedAmount）。
  • 高效率：单连接双向，无 HTTP 头重复。
  • 兼容：同源策略、Origin 验证、防火墙友好。
  • 跨浏览器支持好，适合实时应用（聊天、游戏、股票、IoT）。

应用场景

  • 即时聊天（Web 端）
  • 实时游戏/多玩家协作
  • 股票/仪表盘推送
  • IoT 设备通信
  • 前端实时更新（如直播）

与 HTTP/2/3 关系：WebSocket 可在 HTTP/2（多路复用 + 二进制帧）或 HTTP/3（QUIC）上运行，提供更高效的底层传输。