HTTP、WebSocket、STOMP、MQTT 协议-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了HTTP、WebSocket、STOMP、MQTT 协议。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。

一、计算机网络的层次结构

1、两种模型（TCP/IP四层模型与OSI体系）对应的结构，以及TCP/IP模型各个层级对应的协议

1、TCP/IP协议

TCP/IP 是用于因特网 (Internet) 的通信协议，是对计算机必须遵守的规则的描述，只有遵守这些规则，计算机之间才能进行通信。
TCP/IP是基于TCP和IP这两个最初的协议之上的不同的通信协议的大集合，是一个协议族。

1-1、TCP（传输控制协议，Transmission Control Protocol）

在计算机网络中属于传输层，是TCP/IP协议栈中最核心的协议之一
面向连接：一种可靠的传输服务，使用前必须先建立连接，传输完成后释放
点对点：每一条tcp协议只能是一对一的，TCP 连接的端点叫做套接字，套接字 socket = (IP 地址：端口号)，每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点(即两个套接字)所确定。（注意：该socket和经常说的socket编程中的socket不是一个东西，后者的全称应该是Socket API）
全双工通信：允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据
流模式：数据被作为无结构的字节流
有序的：为每个由其传输的字段指定顺序号，对于发送的每一个分段，接收主机必须在一个指定的时间内返回一个确认信息，发送者未收到确认，数据会被重新发送

1-2、IP协议（互联网协议，Internet Protocol）

在计算机网络中属于网际层（网络层/网络互连层），是TCP/IP协议栈中最核心的协议之一
无连接的协议：主要通过IP地址，保证了联网设备的唯一性
不可靠的数据传输：不能保证数据包一定能到达对方，数据是否会被丢弃以及丢弃之后如何处理

二、HTTP协议(超文本传输协议，HyperText Transfer Protocol)

基于TCP协议的应用层传输协议，简单来说就是客户端和服务端进行数据传输的一种规则。
无状态协议：HTTP协议本身不会对发送过的请求和相应的通信状态进行持久化处理，由于HTTP是无状态协议，通常在网页上引入cookie之类技术来记录状态
无连接协议：基于请求-响应的模式，每次连接只处理一个请求，即一个Request和一个Response对应了整个连接，响应后断开连接。（在后续的版本中添加了Connection: Keep-Alive实现长连接）
任意类型的数据对象：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记
半双工通信：允许数据在两个方向上传输，但是在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输

HTTP工作原理

1、客户端连接到服务器

一个HTTP客户端与服务器建立一个TCP套接字连接

2、发送HTTP请求

通过TCP套接字，向服务器发送一个文本的请求报文（请求行、请求头、请求数据、空行）

3、服务器接受请求并返回HTTP响应

服务器解析请求，将资源写到TCP套接字，由客户端读取响应内容（状态行、响应头部、空行、响应数据）

4、释放连接TCP连接

若connection模式为close，则服务器主动关闭TCP连接，客户端被动关闭连接，释放TCP连接;若connection模式为keepalive，则该连接会保持段时间，在该时间内可以继续接收请求

5、客户端解析响应数据

通过状态行、响应头等相关内容进行资源解析

三、WebSocket协议

要使用HTTP实现双向通讯，传统的方式即进行轮询已达到效果（即每隔一段时间，想服务器发出请求获取最新的数据），常见的轮询方式分为轮询（定时请求）和长轮询（请求后服务器在有数据变化时才响应，客户端在请求快过期前或请求响应后，再次发起请求）。

这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然而 HTTP 请求与响应可能会包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，所以这样会消耗很多带宽资源。

HTML5定义了 WebSocket 协议，能更好的节省服务器资源和带宽，并且能够更实时地进行通讯。

基于TCP协议的应用层传输协议
持久连接：连接创建后，客户端和服务端的数据传输不用新建连接。
全双工通信：客户端和服务端可以双向通信
较少的开销：数据交换时，数据包头较小

1、WebSocket连接的建立

当客户端想要使用 WebSocket 协议与服务端进行通信时, 首先需要确定服务端是否支持 WebSocket 协议, 因此 WebSocket 协议的第一步是进行握手, WebSocket 握手采用 HTTP Upgrade 机制, 客户端可以发送如下所示的结构发起握手 (请注意 WebSocket 握手只允许使用 HTTP GET 方法):

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

在 HTTP Header 中设置 Upgrade 字段, 其字段值为 websocket, 并在 Connection 字段指示 Upgrade, 服务端若支持 WebSocket 协议, 并同意握手:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat
Sec-WebSocket-Version: 13

客户端校验返回内容，握手成功则将通信协议升级到WebSocket，至此就可以使用WebSocket协议进行客户端-服务端数据交换。

2、WebSocket端口：

WebSockets使用HTTP Upgrade机制升级到Web Socket协议，因此HTTP服务器可以与WebSocket服务器共享默认的HTTP与HTTPS端。默认情况下：WebSocket 协议使用 80 端口、若运行在 TLS 之上时，默认使用 443 端口

3、WebSocket与Socket的关系

WebSocket 和 Socket 并无关系
套接字（socket）在TCP/IP之上，位于传输层和应用层之间的一个抽象层，并不是一个协议，传输层的低一层协议服务socket，socket服务应用层。socket其实就是是一组API，提供了对TCP/IP的相关操作

4、WebSocket与HTTP的关系

都属于应用层协议，基于TCP/IP协议，是可靠的传输协议
WebSocket支持持久连接，HTTP不支持持久连接（HTTP使用Connection: Keep-Alive也可实现长连接，但HTTP的生命周期还是属于一个Request对应一个Response）
WebSocket是双向通信协议，HTTP是单向协议
WebSocket协议在第一次握手连接时，通过HTTP协议
HTTP服务器可以与WebSocket服务器共享默认的HTTP与HTTPS端（80和443）

四、STOMP协议（简单(流)文本定向消息协议，Simple (or Streaming) Text Orientated Messaging Protocol）

WebSocket协议只会将字节流转换为文本/二进制消息，使用时需要定义应用间所发送消息的语义，还需要确保Client和Server都能遵循这些语义。比如：在消息中有一个type，当type为subscribe时，表示订阅消息，当type为message时表示发送了一条消息。在使用WebSocket的时候，我们不同的地方使用都要做类似的工作：“设计message”，也就是常说的“WebSocket的通信形式层级过低”

STOMP是一种为MOM(Message Oriented Middleware，面向消息的中间件)设计的简单文本协议，提供了一个可互操作的连接格式，用于client之间进行异步消息传输的简单文本协议
STOMP协议并不是为websocket设计的, 它是属于消息队列的一种协议，STOMP协议可以建立在WebSocket之上，也可以建立在其他应用层协议之上（一般也就是WebSocket了）
STOMP 提供了一个基于帧的线路格式（借鉴了HTTP），使用不同的帧，表示不同的含义

文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-852534.html

五、MQTT协议（消息队列遥测传输协议，Message Queuing Telemetry Transport）

基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，属于应用层协议
消息不是直接从发送器发送到接收器，是由MQTT server（或称为 MQTT Broker）分发。（区别于WebSocket的点对点）
可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务，常用于物联网（IoT）应用中的设备间通信
MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。发布者和消费者之间并不关心对方，都只和代理（Broker）（服务器）打交道
提供心跳机制、遗嘱消息、QoS 质量等级+离线消息、主题和安全管理等多种特性

六、MQTT与WebSocket

1、相同点

MQTT 和 WebSocket 都是应用层协议
都是使用 TCP 协议确保可靠传输数据
都支持双向通信
都使用二进制传输

2、通信模型

WebSocket 是一种简单的报文协议，仅仅定义了会话的发起方式和报文格式及类型。如何使用报文通信全由应用程序控制
MQTT 是一种比较复杂的消息协议，规定了客户端和服务器的通信模型，是一种面向主题（topic）的消息广播协议，基于发布/订阅模式
MQTT 是一套比较复杂的消息投递协议，而 WebSocket则只是在TCP协议之上实现了简单的报文通信。两种协议工作层次不一样，也就是常说的“WebSocket的通信形式层级过低”

3、连接建立方式

WebSocket 基于 HTTP/1.1 的 Upgrade 机制协商会话，协商完成后协议由HTTP升级到WebSocket，完成双工信道的建立
MQTT 协议则需要通过 CONNECT 报文协商会话，TCP连接建立之后，客户端会主动发送 CONNECT 报文。服务端准备好之后会回应 CONNACK 报文，完成双工信道的建立

4、消息收发方式

WebSocket 收发消息不需要对方确认
MQTT 收发消息需要根据投递级别（QoS）进行确认：QoS 0（最多一次）、QoS 1（最少一次）、QoS 2（恰好一次）

5、保活机制

WebSocket 只规定了 ping/pong 两种报文，用于心跳探测，但协议并不强制要求定时收发心跳包
MQTT 则有明确的心跳协商机制。协商会话使用的 CONNECT 报文包含 Keep Alive 头部信息，使用两个字节传输心跳间隔，单位是秒。会话协商后需要定时收发 PINGREQ 和 PINGRESP 报文。

6、使用场景

MQTT是为了物联网场景设计的基于TCP的Pub/Sub协议，有许多为物联网优化的特性，比如适应不同网络的QoS、层级主题、遗言等等
WebSocket是为了HTML5应用方便与服务器双向通讯而设计的协议，HTTP握手然后转TCP协议，用于取代之前的Server Push、Comet、长轮询等老旧实现

到了这里，关于HTTP、WebSocket、STOMP、MQTT 协议的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！