Websocket協(xié)議是為了解決web即時(shí)應(yīng)用中服務(wù)器與客戶端瀏覽器全雙工通信的問題而設(shè)計(jì)的，是完全意義上的Web應(yīng)用端的雙向通信技術(shù)，可以取代之前使用半雙工HTTP協(xié)議而模擬全雙工通信，同時(shí)克服了帶寬和訪問速度等的諸多問題。協(xié)議定義為ws和wss協(xié)議，分別為普通請求和基于SSL的安全傳輸，占用端口與http協(xié)議系統(tǒng)，ws為80端口，wss為443端口，這樣可以支持HTTP代理。
協(xié)議包含兩個(gè)部分，第一個(gè)是“握手”，第二個(gè)是數(shù)據(jù)傳輸。
一、Websocket URI
定義的兩個(gè)協(xié)議框架ws和wss與http類似，而且各自部分的要求也是在HTTP協(xié)議中使用的一樣，各自的URI如下：
ws-URI = "ws:" "http://" host [ ":" port ] path [ "?" query ]
wss-URI = "wss:" "http://" host [ ":" port ] path [ "?" query ]
其中port是可選項(xiàng)，query前接“?”。
二、握手（Opening & Closing Handshake）打開連接
當(dāng)建立一個(gè)Websocket連接時(shí)，為了保持基于HTTP協(xié)議的服務(wù)器軟件和中間件進(jìn)行兼容工作，客戶端打開一個(gè)連接時(shí)使用與HTTP連接的同一個(gè)端口到服務(wù)器進(jìn)行連接，這樣被設(shè)計(jì)為一個(gè)升級的HTTP請求。
1、發(fā)送握手請求
此時(shí)的連接狀態(tài)是CONNECTING，客戶端需要提供host、port、resource-name和一個(gè)是否是安全連接的標(biāo)記，也就是一個(gè)WebSocket URI。
客戶端發(fā)送的一個(gè)到服務(wù)器端握手請求如下：
GET /chat HTTP/1.1 Host: server.example.com Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ== Origin: http://example.com Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat Sec-WebSocket-Version: 13
這個(gè)升級的HTTP請求頭中的字段順序是可以隨便的。與普通HTTP請求相比多了一些字段。
- Sec-WebSocket-Protocol：字段表示客戶端可以接受的子協(xié)議類型，也就是在Websocket協(xié)議上的應(yīng)用層協(xié)議類型。上面可以看到客戶端支持chat和superchat兩個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，當(dāng)服務(wù)器接受到這個(gè)字段后要從中選出一個(gè)協(xié)議返回給客戶端。
- Upgrade：告訴服務(wù)器這個(gè)HTTP連接是升級的Websocket連接。
- Connection：告知服務(wù)器當(dāng)前請求連接是升級的。
- Origin：該字段是用來防止客戶端瀏覽器使用腳本進(jìn)行未授權(quán)的跨源攻擊，這個(gè)字段在WebSocket協(xié)議中非常重要。服務(wù)器要根據(jù)這個(gè)字段判斷是否接受客戶端的Socket連接。可以返回一個(gè)HTTP錯(cuò)誤狀態(tài)碼來拒絕連接。
- Sec-WebSocket-Key：為了表示服務(wù)器同意和客戶端進(jìn)行Socket連接，服務(wù)器端需要使用客戶端發(fā)送的這個(gè)Key進(jìn)行校驗(yàn)，然后返回一個(gè)校驗(yàn)過的字符串給客戶端，客戶端驗(yàn)證通過后才能正式建立Socket連接。服務(wù)器驗(yàn)證方法是：首先進(jìn)行 Key + 全局唯一標(biāo)示符（GUID）“258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”連接起來，然后將連接起來的字符串使用SHA-1哈希加密，再進(jìn)行base64加密，將得到的字符串返回給客戶端作為握手依據(jù)。其中GUID是一個(gè)對于不識(shí)別WebSocket的網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)不可能使用的字符串。
發(fā)送請求的要求：
- 請求的WebSocket URI必須要是定義的有效的URI。
- 如果客戶端已經(jīng)有一個(gè)WebSocket連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器端，不論是否是同一個(gè)服務(wù)器，客戶端必須要等待上一個(gè)連接關(guān)閉后才能發(fā)送新的連接請求，也就是同一客戶端一次只能存在一個(gè)WebSocket連接。如果想同一個(gè)服務(wù)器有多個(gè)連接，客戶端必須要串行化進(jìn)行。如果客戶端檢測到多個(gè)到不同服務(wù)器的連接，應(yīng)該限制一個(gè)最大連接數(shù)，在web瀏覽器中應(yīng)該設(shè)定最多可以打開的標(biāo)簽頁的數(shù)目。這樣可以防止到遠(yuǎn)程服務(wù)器的DDOS攻擊，但這是對到多個(gè)服務(wù)器的連接，如果是到同一個(gè)服務(wù)器連接，并沒有數(shù)目限制。
- 如果使用了代理服務(wù)器，那么客戶端建立連接的時(shí)候需要告知代理服務(wù)器向目標(biāo)服務(wù)器打開TCP連接。
- 如果連接沒有打開，一定是某一方出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)客戶端必須要關(guān)閉再次連接的嘗試。
- 連接建立后，握手必須要是一個(gè)有效的HTTP請求
- 請求的方式必須是GET，HTTP協(xié)議的版本至少是1.1
- Upgrade字段必須包含而且必須是"websocket"，Connection字段必須內(nèi)容必須是“Upgrade”
- Sec-Websocket-Version必須，而且必須是13
2、返回握手應(yīng)答
服務(wù)器返回正確的相應(yīng)頭后，客戶端驗(yàn)證后將建立連接，此時(shí)狀態(tài)為OPEN。服務(wù)器響應(yīng)頭如下：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols Upgrade: websocket Connection: Upgrade Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo= Sec-WebSocket-Protocol: chat
響應(yīng)頭握手過程中是服務(wù)器返回的是否同意握手的依據(jù)。
- 首行返回的是HTTP/1.1協(xié)議版本和狀態(tài)碼101，表示變換協(xié)議（Switching Protocol）
- Upgrade 和 Connection：這兩個(gè)字段是服務(wù)器返回的告知客戶端同意使用升級并使用websocket協(xié)議，用來完善HTTP升級響應(yīng)
- Sec-WebSocket-Accept：服務(wù)器端將加密處理后的握手Key通過這個(gè)字段返回給客戶端表示服務(wù)器同意握手建立連接。
- Sec-Websocket-Procotol：服務(wù)器選擇的一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。
上述響應(yīng)頭字段被客戶端瀏覽器解析，如果驗(yàn)證到Sec-WebSocket-Accept字段的信息符合要求就會(huì)建立連接，同時(shí)就可以發(fā)送WebSocket的數(shù)據(jù)幀了。如果該字段不符合要求或者為空或者HTTP狀態(tài)碼不為101，就不會(huì)建立連接。
服務(wù)器端響應(yīng)步驟：
- 解析握手請求頭：獲取握手依據(jù)Key并進(jìn)行處理，檢測HTTP的GET請求和版本是否準(zhǔn)確，Host字段是否有權(quán)限，Upgrade字段中websocket是一個(gè)與大小寫無關(guān)的ASCII字符串，Connection字段是一個(gè)大小寫無關(guān)的"Upgrade"ASCII字符串，Websocket協(xié)議版本必須為13，其他的關(guān)于Origin、Protocol和Extensions可選。
- 發(fā)送握手響應(yīng)頭：檢測是否是wss協(xié)議連接，如果是就是用TLS握手連接，否則就是普通連接。服務(wù)器可以添加額外的驗(yàn)證信息到客戶端進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)進(jìn)行一系列驗(yàn)證之后，服務(wù)器必須返回一個(gè)有效的HTTP響應(yīng)頭。響應(yīng)頭中每一行一個(gè)字段，結(jié)束必須為“\r\n”，使用的ABNF語法。
除了上述必要頭字段之外，其他的HTTP協(xié)議定義的字段都可以使用，如Set-Cookie等。