WebSocket协议是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。

它使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务器主动向客户端推送数据。连接建立后，客户端和服务器可以随时发送数据给对方，而不需要轮询请求。

主要特点

• 全双工通信：一旦WebSocket连接建立，就可以双向通信，不像HTTP那样需要请求/响应模式。
• 较低的开销：与HTTP相比，WebSocket的协议头更小，减少了传输的数据量。
• 支持跨域通信：WebSocket自然支持跨域，无需像AJAX那样处理复杂的CORS问题。
• WebSocket协议是基于TCP（传输控制协议）的：尽管它使用HTTP进行初始握手来建立连接，并且通过HTTP端口（通常是80或443）进行通信，但一旦握手完成，WebSocket就完全脱离了HTTP协议，直接在TCP层之上运行自己的协议栈，它是基于tcp协议的

OSI的位置

WebSocket协议在OSI七层模型中的位置可以理解为跨越了多个层次，但主要归属于传输层和应用层之间。

• 传输层（Layer 4）依赖：WebSocket实际上依赖于TCP协议来保证可靠的数据传输。因此，在这个意义上，它利用了传输层的服务。

• 应用层（Layer 7）实现：然而，WebSocket本身是一种应用层协议，设计用于在客户端和服务器之间提供全双工通信。它定义了如何在已经建立的TCP连接上进行高效的数据交换，特别是在需要实时双向通信的应用场景中，如在线聊天、游戏等。

握手过程

WebSocket连接是从HTTP请求开始的，这个请求包括一些特定的头部信息，Upgrade: websocket和Connection: Upgrade），用来告诉服务器客户端希望升级到WebSocket协议。

1. 客户端发送请求：客户端向服务器发送一个带有Upgrade: websocket头部的HTTP请求。

   http
   GET /chat HTTP/1.1
   Host: server.example.com
   Upgrade: websocket
   Connection: Upgrade
   Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
   Sec-WebSocket-Version: 13
   Origin: http://example.com
   

2. 服务器响应：如果服务器同意升级，则返回一个状态码为101的响应，并包含相应的确认头部。

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

这里的Sec-WebSocket-Accept是通过对客户端提供的Sec-WebSocket-Key进行特定算法处理后生成的，确保了握手的安全性。

数据帧格式

一旦握手成功，通信就切换到了WebSocket协议。WebSocket的数据传输使用一种紧凑的二进制帧格式：

• FIN位：指示这是消息的最后一帧。
• Opcode：定义帧类型，如文本(0x1)、二进制(0x2)或关闭连接(0x8)等。
• Mask位：指示是否对数据进行了掩码操作（所有客户端到服务器的消息必须被掩码）。
• Payload length：表示负载数据的长度。
• Masking-key：如果Mask位设置，则存在此字段用于解码实际数据。
• Payload data：实际要传输的数据。

应用场景

WebSocket因其高效性和低延迟特性，非常适合于以下场景：

• 实时聊天应用：即时消息传递。
• 在线游戏：需要快速反应的游戏逻辑。
• 金融交易平台：股票价格实时更新。
• 协作工具：文档同时编辑功能。

WebSocket提供了一种有效的方法来实现实时双向通信，提升了用户体验并减少了不必要的网络开销。