WebSocket

WebSocket — протокол связи поверх TCP-соединения, предназначенный для обмена сообщениями между браузером и веб-сервером, используя постоянное соединение.

В настоящее время в W3C осуществляется стандартизация API Web Sockets. Черновой вариант стандарта этого протокола утверждён IETF.

WebSocket разработан для воплощения в веб-браузерах и веб-серверах, но он может быть использован для любого клиентского или серверного приложения. Протокол WebSocket — это независимый протокол, основанный на протоколе TCP. Он делает возможным более тесное взаимодействие между браузером и веб-сайтом, способствуя распространению интерактивного содержимого и созданию приложений реального времени.

К настоящему моменту переходит в разряд устаревших технологий в связи с развитием WebAssembly и WebAssembly System Interface, которые позволяют открывать сокеты средствами ОС, а не библиотек браузера.

Открытие канала WebSocket

Для установления соединения WebSocket клиент и сервер используют протокол, похожий на HTTP. Клиент формирует особый HTTP-запрос, на который сервер отвечает определенным образом.

Протокол 75

До редакции черновика протокола номер 75 Архивная копия от 8 июня 2010 на Wayback Machine включительно соединение WebSocket устанавливалось следующим образом. Запрос клиента:

GET /demo HTTP/1.1
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Host: example.com
Origin: http://example.com
WebSocket-Protocol: sample

Ответ сервера, подтверждающий переход на WebSocket:

HTTP/1.1 101 Web Socket Protocol Handshake
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
WebSocket-Origin: http://example.com
WebSocket-Location: ws://example.com/demo
WebSocket-Protocol: sample

Сразу после отправки ответа WebSocket-соединение считается установленным, клиент и сервер могут начинать двунаправленный обмен сообщениями по этому же TCP-соединению. Для передачи текстового сообщения (в кодировке UTF-8) необходимо перед ним передать нулевой байт, а после — байт со значением 255.

Протокол 76

2 июня 2010 года в протокол WebSocket были внесены поправки, изменившие процедуру установления соединения WebSocket без сохранения обратной совместимости. В 76-й Архивировано 19 апреля 2012 года. редакции черновика протокола WebSocket добавлена защита от поддельных запросов. Клиент, поддерживающий новую схему, присылает следующий запрос:

GET /demo HTTP/1.1
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key2: 4 @1 46546xW%0l 1 5
Host: example.com
Sec-WebSocket-Key1: 12998 5 Y3 1 .P00
Origin: http://example.com
WebSocket-Protocol: sample

^n:ds[4U

В запрос добавлены новые заголовки «Sec-WebSocket-Key1» и «Sec-WebSocket-Key2» и 8-байтовое тело запроса. Все они генерируются клиентом случайным образом.

Ответ сервера, подтверждающий переход на WebSocket:

HTTP/1.1 101 Web Socket Protocol Handshake
Upgrade: WebSocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/demo
Sec-WebSocket-Protocol: sample

8jKS'y:G*Co,Wxa-

Ответ содержит новые названия заголовков («Sec-WebSocket-Origin», «Sec-WebSocket-Location», «Sec-WebSocket-Protocol» вместо «WebSocket-Origin», «WebSocket-Location», «WebSocket-Protocol») и 16-байтное тело ответа, вычисляемое следующим образом:

из строки со значением заголовка запроса Sec-WebSocket-Key1 исключить все символы, не являющиеся цифрами (не попадающие в диапазон '0'..'9');
полученную строку превратить в 64-битное целое число (для примера выше получим 1299853100);
полученное число разделить целочисленным делением на количество пробелов в исходной строке со значением заголовка;
полученное число представить в виде 4-байтового 32-битного числа в формате big endian: старший байт хранится по нулевому смещению;
проделать то же самое с заголовком Sec-WebSocket-Key2;
интерпретируя числа из пунктов 4) и 5) как 4-байтовые строки, конкатенировать их (сложить в одну строку) и добавить как строку тело запроса;
вычислить от полученной 16-байтной строки значение MD5 и записать это значение в тело ответа «как есть», без преобразования в какое-либо представление;

Примечания.

Несмотря на «похожесть» новых запросов и ответов на запросы и ответы протокола HTTP, они таковыми не являются. Например, в запросе есть тело, но в заголовках поле «Content-Length» отсутствует (что нарушает соглашения HTTP).

Серверной части следует поддерживать оба вида клиентов и различать их по наличию или отсутствию в запросе заголовков Sec-WebSocket-Key1 и Sec-WebSocket-Key2.

Протокол 07

В версию 07 Архивировано 19 апреля 2012 года. черновика протокола от 22 апреля 2011 были внесены изменения.

В отличие от протокола 76, согласно которому данные передаются без шифрования^[1], каждый байт передаваемых от клиента (браузера) серверу данных в этой версии протокола обязательно маскируется 4-байтовой маской^[2]. Она создается для каждого сообщения заново.

Передаваемое сообщение теперь имеет заголовок, в котором содержатся такие данные, как:

фрагментировано ли сообщение;
тип передаваемых данных;
подвергалось ли сообщение маскировке;
размер данных;
маска;
другие управляющие данные (ping, pong…).

Взаимодействие между клиентом и сервером начинается с запроса от клиента:

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 7

Ответ сервера имеет следующий вид:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

Ответ содержит заголовок Sec-WebSocket-Protocol с единственным протоколом, выбраным сервером (chat) из всех поддерживаемых клиентом (chat, superchat). Заголовок Sec-WebSocket-Accept формируется следующим образом:

взять строковое значение из заголовка Sec-WebSocket-Key и объединить со строкой 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 (в приведённом примере получится dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11)
вычислить бинарный хеш SHA-1 (бинарная строка из 20 символов) от полученной в первом пункте строки
закодировать хеш в Base64 (s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=)

Пример реализации вышеуказанного алгоритма на языке PHP:

<?php
  echo base64_encode(SHA1("dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11", true));
?>

Протокол RFC 6455 (далее данные передаются фрэймами с использованием этого протокола)

rfc-frame

11 декабря 2011 года протокол приобрел статус RFC.

Вместо заголовка Sec-WebSocket-Origin теперь используется просто Origin.

Схема URI

Протокол Web Socket определяет две URI-схемы, ws: (нешифрованное соединение) и wss: (шифрованное соединение).

Реализация WebSocket в браузерах

Для установки соединения клиентский скрипт создает объект WebSocket, в конструктор которого передает параметр WebSocket URI, и определяет функции обратного вызова при соединении, получении сообщения и разрыве соединения.

<html>
    <head>
        <script>
            const webSocket = new WebSocket('ws://localhost/echo');

            webSocket.onopen = event => {
                alert('onopen');
                webSocket.send("Hello Web Socket!");
            };

            webSocket.onmessage = event => {
                alert('onmessage, ' + event.data);
            };

            webSocket.onclose = event => {
                alert('onclose');
            };
        </script>
    </head>
    <body>
    </body>
</html>

В настоящее время WebSocket поддерживается в следующих браузерах:

Google Chrome (начиная с версии 4.0.249.0);
Apple Safari (начиная с версии 5.0.7533.16);
Mozilla Firefox (начиная с версии 4);
Opera (начиная с версии 10.70 9067);
Internet Explorer (начиная с версии 10);

Проверить поддержку браузером WebSocket можно, пройдя по ссылке: http://caniuse.com/#feat=websockets Архивная копия от 8 апреля 2017 на Wayback Machine.

В конце ноября 2010 Adam Barth опубликовал результаты исследования надежности используемого протокола^[3]. По его результатам выяснилось, что в случае использования прозрачных прокси-серверов возможна подмена кеша передаваемых данных с тем, что пользователи вместо реальных данных будут получать версию данных от злоумышленника. Проблема оказалась достаточно серьёзной для того, чтобы разработчики Firefox и Opera объявили^[4] о том, что в будущих версиях их браузеров поддержка веб-сокетов будет по умолчанию отключена вплоть до устранения проблемы небезопасности данного протокола (хотя осталась возможность их включить).

Примечания

↑ The WebSocket protocol (draft-hixie-thewebsocketprotocol-76) (неопр.). Дата обращения: 20 сентября 2011. Архивировано 19 апреля 2012 года.
↑ The WebSocket protocol (draft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-07) (неопр.). Дата обращения: 20 сентября 2011. Архивировано 19 апреля 2012 года.
↑ Шестаков В. С., Сагидуллин А. С./ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ WEBSOCKET В WEB-ПРИЛОЖЕНИЯХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ. — DOI 10.17586/0021-3454-2015-58-4-328-330 УДК 658.512.011.56. — ж-л Приборостроение апрель 2015
↑ В Firefox 4 и Opera 11 будет заблокирована поддержка протокола WebSockets Архивная копия от 11 января 2011 на Wayback Machine

Ссылки

RFC 6455 — The WebSocket protocol Архивная копия от 8 января 2012 на Wayback Machine, стандарт протокола
HTML5 WebSocket API Архивная копия от 7 июня 2015 на Wayback Machine черновик спецификации W3C
WebSockets.org сайт, посвященный WebSocket (поддерживает тестовый эхо-сервер на WebSocket)
WebSocketsTest.org Архивная копия от 7 октября 2010 на Wayback Machine сайт, проверяющий работу WebSockets и Comet в вашем браузере

[1] The WebSocket protocol (draft-hixie-thewebsocketprotocol-76) (неопр.). Дата обращения: 20 сентября 2011. Архивировано 19 апреля 2012 года.

[2] The WebSocket protocol (draft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-07) (неопр.). Дата обращения: 20 сентября 2011. Архивировано 19 апреля 2012 года.

[3] Шестаков В. С., Сагидуллин А. С./ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ WEBSOCKET В WEB-ПРИЛОЖЕНИЯХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ. — DOI 10.17586/0021-3454-2015-58-4-328-330 УДК 658.512.011.56. — ж-л Приборостроение апрель 2015

[4] В Firefox 4 и Opera 11 будет заблокирована поддержка протокола WebSockets Архивная копия от 11 января 2011 на Wayback Machine

[1]

[2]

[3]

[4]