【ESP32 WiFi篇（六）】ESP32 WebSocket

1. WebSocket 概述

  在网络中的两个应用程序（进程）需要全双工相互通信（全双工即双方可同时向对方发送消息），需要用到的就是socket，它能够提供端对端通信，对于程序员来讲，他只需要在某个应用程序的一端（暂且称之为客户端）创建一个socket实例并且提供它所要连接一端（暂且称之为服务端）的IP地址和端口，而另外一端（服务端）创建另一个socket并绑定本地端口进行监听，然后客户端进行连接服务端，服务端接受连接之后双方建立了一个端对端的TCP连接，在该连接上就可以双向通讯了，而且一旦建立这个连接之后，通信双方就没有客户端服务端之分了，提供的就是端对端通信了。我们可以采取这种方式构建一个桌面版的im程序，让不同主机上的用户发送消息。从本质上来说，socket并不是一个新的协议，它只是为了便于程序员进行网络编程而对tcp/ip协议族通信机制的一种封装。

  websocket是html5规范中的一个部分，它借鉴了socket这种思想，为web应用程序客户端和服务端之间（注意是客户端服务端）提供了一种全双工通信机制。同时，它又是一种新的应用层协议，websocket协议是为了提供web应用程序和服务端全双工通信而专门制定的一种应用层协议，通常它表示为：ws://echo.websocket.org/?encoding=text HTTP/1.1，可以看到除了前面的协议名和http不同之外，它的表示地址就是传统的url地址。

  可以看到，websocket并不是简单地将socket这一概念在浏览器环境中的移植。

2. WebSocket 的通信原理和机制

既然是基于浏览器端的web技术，那么它的通信肯定少不了http,websocket本身虽然也是一种新的应用层协议，但是它也不能够脱离http而单独存在。具体来讲，我们在客户端构建一个websocket实例，并且为它绑定一个需要连接到的服务器地址，当客户端连接服务端的时候，会向服务端发送一个类似下面的http报文：

GET / HTTP/1.1
Connection: Upgrade
Host: 127.0.0.1: 40
Sec-WebSocket-Key: uRovscZjNol/umbTt5uKmw==
Sec-WebSocket-Version: 13
Upgrade: websocket
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可以看到，这是一个http get请求报文，注意该报文中有一个upgrade首部，它的作用是告诉服务端需要将通信协议切换到websocket,如果服务端支持websocket协议，那么它就会将自己的通信协议切换到websocket,同时发给客户端类似于以下的一个响应报文头：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Version: 13
Connection: Upgrade
Server: workerman/3.5.3
Sec-WebSocket-Accept: rLHCkw/SKs09GAH/ZSFhBATDKrU=
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返回的状态码为101，表示同意客户端协议转换请求，并将它转换为websocket协议。以上过程都是利用http通信完成的，称之为websocket协议握手(websocket Protocol handshake)，进过这握手之后，客户端和服务端就建立了websocket连接，以后的通信走的都是websocket协议了。所以总结为websocket握手需要借助于http协议，建立连接后通信过程使用websocket协议。同时需要了解的是，该websocket连接还是基于我们刚才发起http连接的那个TCP连接。一旦建立连接之后，我们就可以进行数据传输了，websocket提供两种数据传输：文本数据和二进制数据。

基于以上分析，我们可以看到，websocket能够提供低延迟，高性能的客户端与服务端的双向数据通信。它颠覆了之前web开发的请求处理响应模式，并且提供了一种真正意义上的客户端请求，服务器推送数据的模式，特别适合实时数据交互应用开发。

3. WebSocket 与 HTTP 的关系

3.1 相同点

1. 都是基于tcp的，都是可靠性传输协议
2. 都是应用层协议

3.2 不同点

1. WebSocket是双向通信协议，模拟Socket协议，可以双向发送或接受信息
2. HTTP是单向的
3. WebSocket是需要浏览器和服务器握手进行建立连接的
4. 而http是浏览器发起向服务器的连接，服务器预先并不知道这个连接

3.3 关系

WebSocket在建立握手时，数据是通过HTTP传输的。但是建立之后，在真正传输时候是不需要HTTP协议的，流程如下：

1. 首先，客户端发起http请求，经过3次握手后，建立起TCP连接；http请求里存放WebSocket支持的版本号等信息，如：Upgrade、Connection、WebSocket-Version等；
2. 然后，服务器收到客户端的握手请求后，同样采用HTTP协议回馈数据；
3. 最后，客户端收到连接成功的消息后，开始借助于TCP传输信道进行全双工通信。

4. WebSocket 技术出现之前，Web端实现即时通讯的方法有哪些？

1. 定期轮询的方式
   客户端按照某个时间间隔不断地向服务端发送请求，请求服务端的最新数据然后更新客户端显示。这种方式实际上浪费了大量流量并且对服务端造成了很大压力。
2. SSE（Server-Sent Event，服务端推送事件）
3. Comet技术

5. HTTP 存在的问题

1. http是一种无状态协议，每当一次会话完成后，服务端都不知道下一次的客户端是谁，需要每次知道对方是谁，才进行相应的响应，因此本身对于实时通讯就是一种极大的障碍
2. http协议采用一次请求，一次响应，每次请求和响应就携带有大量的header头，对于实时通讯来说，解析请求头也是需要一定的时间，因此，效率也更低下
3. 最重要的是，需要客户端主动发，服务端被动发，也就是一次请求，一次响应，不能实现主动发送

6. WebSocket 的特点

1. 是真正的全双工方式，建立连接后客户端与服务器端是完全平等的，可以互相主动请求。而HTTP长连接基于HTTP，是传统的客户端对服务器发起请求的模式。
2. HTTP长连接中，每次数据交换除了真正的数据部分外，服务器和客户端还要大量交换HTTP header，信息交换效率很低。Websocket协议通过第一个request建立了TCP连接之后，之后交换的数据都不需要发送 HTTP header就能交换数据，这显然和原有的HTTP协议有区别所以它需要对服务器和客户端都进行升级才能实现（主流浏览器都已支持HTML5）

7. WebSocket 数据帧格式

新手入门：websocket
websocket 简述