Websocket及三次握手/四次挥手-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Websocket及三次握手/四次挥手。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

Websocket-实时通信

前言

之前一直听说Websocket，但也一直没有使用过，今天突然又看到了，还挺感兴趣的，可以一起看看

一、目前可实现实时通信的方式

1、轮询（polling）

原理：浏览器间隔几秒发送一次请求，询问服务器是否有新消息出现，持续
优点：实现简单，大部分浏览器和服务器支持
缺点：频繁的请求和响应会导致不必要的网络开销，降低性能和效率
场景：数据更新频率不高且实时性要求不高的场景

2、长轮询（long polling）

原理：和 ajax 轮询差不多，采取阻塞模式，客户端发起请求，没有没有消息，服务器则不返回，客户端收到响应，立即再次发出请求，形成新的挂起请求，持续
优点：相较于轮询，减少了不必要的网络请求，降低网络开销
缺点：服务器需要维护大量挂起请求，占用资源较多，不适用于高并发场景
场景：数据更新不频繁，但要求实时性相对较高的场景
ajax 和长轮询都是在不断的建立 HTTP 连接，然后等服务端处理（HTTP 特点：被动性）

3、Websocket

原理：WebSocket 是一种全双工通信协议，通过建立持久性的连接，客户端和服务器可以随时发送和接收消息。连接建立后，双方可以直接发送消息，不需要频繁的握手过程
优点：实现实时通信，降低了不必要的网络开销，性能较高，支持跨域通信
缺点：需要服务器和客户端都支持 WebSocket 协议
场景：适用于需要实时通信，如实时聊天，在线游戏，实时数据展示，多人协同编辑

websocket 只需要一次 HTTP 握手，整个过程是建立在一次连接/状态中（避免 HTTP 非状态性）
通过 Websocket 可以构建实时、高效和响应迅速的 web 应用程序

3.1、WebSocket 心跳机制

确保活跃连接：WebSocket是一种双向通信协议，一旦建立连接，服务器和客户端之间可以实时传输数据。但由于网络等原因，长时间没有数据传输可能导致连接的关闭。心跳机制通过定期发送心跳包，即使没有实际数据交互，也能保持连接的活跃状态，防止连接被中断。
确认服务器存活状态：通过心跳机制，客户端可以定期向服务器发送心跳包，并等待服务器的响应。如果一段时间内没有收到服务器的响应，客户端可以判断服务器可能出现了故障或断开连接，并根据情况进行相应的处理，如重新连接服务器。
优化网络资源利用：心跳机制可以定时发送较小的数据包，相较于大量数据传输，心跳包的资源占用较小。这有助于减少网络资源的浪费，并提高数据传输效率。
错误处理与重连：通过心跳机制，客户端可以及时检测到连接断开的情况，并进行错误处理和重连操作。在网络环境不稳定或服务器故障的情况下，心跳机制可以帮助客户端更快地恢复与服务器的连接。
连接状态监控：心跳机制可以用于监控 WebSocket 连接的状态，包括连接建立、断开、异常等状态。这有助于客户端了解连接状态，做出相应的操作。

3.2、WebSocket 工作原理

WebSocket 的工作原理可以分为三个阶段：握手、数据传输和断开连接

握手：客户端发起 WebSocket 连接时，通过向服务器发送一个特殊的 HTTP 请求头来建立连接。服务器检查请求头中的特定字段，确认支持 WebSocket 协议后，发送特殊的 HTTP 响应头进行握手确认。握手成功后，双方建立了 WebSocket 连接，可以进行后续的数据传输。

数据传输：一旦建立了 WebSocket 连接，客户端和服务器可以通过该连接进行双向的实时数据传输。双方可以发送和接收消息，消息以帧的形式进行传输。WebSocket 协议定义了不同类型的帧，如文本帧和二进制帧，用于传输不同类型的数据。

断开连接：当连接不再需要时，客户端或服务器可以发起关闭连接的请求。双方会交换特殊的关闭帧，以协商关闭连接，并确保双方都接收到了关闭请求。

3.3、Websocket 优点

实时性：与传统的 HTTP 请求/响应模式不同，WebSocket 允许实时双向通信，使得服务器能够主动向客户端推送数据，而不需要客户端发起请求。
服务器压力减少：WebSocket 连接保持打开状态，因此服务器不需要为每个请求创建一个新的连接。这可以减轻服务器的负载并提高性能。
与 HTTP 协议良好的兼容性，默认端口也是 80 和 443，握手阶段采用 HTTP 协议
可以发送文本，也可以发送二进制数据。
没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。
协议标识符是 ws（握手 http），如果加密则为 wss（tcp+TLS），服务器网址是 URL。
只需要经过一次 HTTP 请求，就可以一直传送消息（也称为回调）。

3.4、HTTP 和 Websocket 关系

Websocket 是一种新的协议，跟 HTTP 协议基本没关系，为了兼容浏览器的握手规范，也可以说是 HTTP 协议上的一种补充。

二、HTTP 协议-TCP 三次握手、四次挥手

1、TCP 和 TCP 连接

TCP：TCP 是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP 连接：用于保证可靠性和流量控制维护的某些状态信息，这些信息的组合，包括 Socket、序列号和窗口大小称为连接。

2、HTTP 和 TCP 关系

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是一种应用层协议，主要负责数据的传输和格式化。它的主要功能是规范浏览器与服务器之间的通信格式，确保数据按照预定的规则传输。

TCP（Transmission Control Protocol）则是一种传输层协议，负责数据如何在网络中传输。它定义了数据传输的方式，包括连接的建立、维持以及数据包的发送和接收。TCP 确保数据传输的可靠性，即数据是否能够按预期到达目的地。

HTTP 依赖于 TCP 来进行数据传输，HTTP 用于处理请求和响应的格式，而 TCP 则负责建立连接、保持连接以及数据包的可靠传输。也可以说 HTTP 运行在 TCP 之上。

3、关于 TCP 连接的常用术语

SYN：synchronous 建立联机
ACK：acknowledgement 确认
PSH：push 传送
FIN：finish 结束
RST：reset 重置
URG：urgent 紧急
Sequence number：顺序号码
Acknowledge number：确认号码

4、三次握手

4.1、什么是三次握手

所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送 3 个包。

4.2、为何需要三次握手

为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误。

4.3、过程

第一次握手：建立连接。客户端发送连接请求报文段，将 SYN 位置为 1，Sequence Number 为 x；然后，客户端进入 SYN_SEND 状态，等待服务器的确认；

第二次握手：服务器收到 SYN 报文段。服务器收到客户端的 SYN 报文段，需要对这个 SYN 报文段进行确认，设置 Acknowledgment Number 为 x+1(Sequence Number+1)；同时，自己自己还要发送 SYN 请求信息，将 SYN 位置为 1，Sequence Number 为 y；服务器端将上述所有信息放到一个报文段（即 SYN+ACK 报文段）中，一并发送给客户端，此时服务器进入 SYN_RECV 状态；

第三次握手：客户端收到服务器的 SYN+ACK 报文段。然后将 Acknowledgment Number 设置为 y+1，向服务器发送 ACK 报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入 ESTABLISHED 状态，完成 TCP 三次握手。

5、四次挥手

5.1、什么是四次挥手

所谓四次挥手(Four-way Handshake)，是指终止一个 TCP 连接，需要总共发送 4 个包来完成这个过程。

5.2、为何需要四次挥手

当数据传输完成，tcp 通过四次挥手断开 tcp 连接，释放系统资源

5.3、过程

第一次挥手：主机 1（可以使客户端，也可以是服务器端），设置 Sequence Number，向主机 2 发送一个 FIN 报文段；此时，主机 1 进入 FIN_WAIT_1 状态；这表示主机 1 没有数据要发送给主机 2 了；

第二次挥手：主机 2 收到了主机 1 发送的 FIN 报文段，向主机 1 回一个 ACK 报文段，Acknowledgment Number 为 Sequence Number 加 1；主机 1 进入 FIN_WAIT_2 状态；主机 2 告诉主机 1，我“同意”你的关闭请求；

第三次挥手：主机 2 向主机 1 发送 FIN 报文段，请求关闭连接，同时主机 2 进入 LAST_ACK 状态；

第四次挥手：主机 1 收到主机 2 发送的 FIN 报文段，向主机 2 发送 ACK 报文段，然后主机 1 进入 TIME_WAIT 状态；主机 2 收到主机 1 的 ACK 报文段以后，就关闭连接；此时，主机 1 等待 2MSL 后依然没有收到回复，则证明 Server 端已正常关闭，那好，主机 1 也可以关闭连接了。

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