Socket與WebSocket之分析對比

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之前提到Lua 與nodejs使用socket通訊，但由於服務端的限制，最終依然選擇了 LuaSocket。

現在，面對一個全新的項目，我自然而然地選擇了 WebSocket。

因此，我需要瞭解下面這些問題：

1. Socket 和 WebSocket 有哪些區別和聯絡？
2. WebSocket 和 HTML5 是什麼關係？
3. 必須在瀏覽器中才能使用 WebSocket 嗎？
4. WebSocket 能和 Socket 一樣傳輸 raw 資料嗎？
5. WebSocket 和 Socket 相比會多耗費流量嗎？

但是，目前網上全面介紹這兩種協議的中文文章並不多，或者說不夠全面。我無法找到一篇文章能解決上面的所有問題。因此，我寫了本文，把找到的 Socket 和 WebSocket 的相關資料做一個梳理，以方便理解。

本文並不能直接完整回答上面提出的幾個問題，但讀完本文，要理解上面的那些問題，是很容易的事。

由於能力有限，本文不可能很長。而且，技術細節並非所有人都願意仔細瞭解。本文包含了大量的外部連結，跟隨這些連結，可以找到足夠多的細節，滿足你/我的求知慾。

1. 概述

選擇了 WebSocket 技術之後，不可避免的，我要將它和其他協議以及技術做一下比較。最常見的，就是需要比較 WebSocket 與 HTTP、Socket 技術的異同。

WebSocket 是為了滿足基於 Web 的日益增長的即時通訊需求而產生的。在傳統的 Web 中，要實現即時通訊，通用的方式是採用 HTTP 協議不斷髮送請求。但這種方式即浪費頻寬（HTTP HEAD 是比較大的），又消耗伺服器 CPU 佔用（沒有資訊也要接受請求）。（來自 WebSocket.org）

而是用 WebSocket 技術，則會大幅降低上面提到的消耗：（來自 websocket.org）

關於更詳細的描述，尹立的這篇文章講得非常好：WebSocket（2）–為什麼引入WebSocket協議 。

那麼，WebSocket 到底與 HTTP 協議到底是一個什麼樣的關係呢？它和 Socket 又有什麼聯絡？這就要講到 OSI 模型和 TCP/IP 協議族。

2. OSI 模型與 TCP/IP

以下是 維基百科 中關於OSI 模型的說明：

開放式系統互聯通訊參考模型（英語：Open System Interconnection Reference Model，ISO/IEC 7498-1），簡稱為OSI模型（OSI model），一種概念性模型，由國際標準組織（ISO）提出，一個試圖使各種電腦在世界範圍內互連為網路的標準架構。

而 TCP/IP 協議可以看做是對 OSI 模型的一種簡化（以下內容來自 維基百科）：

它將軟體通訊過程抽象化為四個抽象層，採取協議堆疊的方式，分別實作出不同通訊協定。協議套組下的各種協議，依其功能不同，被分別歸屬到這四個階層之中7，常被視為是簡化的七層OSI模型。

這裡有一張圖詳細介紹了 TCP/IP 協議族中的各個協議在 OSI模型 中的分布，一圖勝千言（來自 科來）：

這裡是 PDF 版：

下載

TCP/IP 協議和 OSI 模型的內容，在互連網上有很多。我沒有必要再次介紹它們。在這裡，我們只需要知道，HTTP、WebSocket 等協議都是處於 OSI 模型的最高層： 應用程式層 。而 IP 協議工作在網路層（第3層），TCP 協議工作在傳輸層（第4層）。

至於 OSI 模型的各個層次都有什麼系統和它們對應，這裡有篇很好的文章可以滿足大家的求知慾：OSI七層模型詳解 。

3. WebSocket、HTTP 與 TCP

從上面的圖中可以看出，HTTP、WebSocket 等應用程式層協議，都是基於 TCP 協議來傳輸資料的。我們可以把這些進階協議理解成對 TCP 的封裝。

既然大家都使用 TCP 協議，那麼大家的串連和斷開，都要遵循 TCP 協議中的三向交握和四次握手 ，只是在串連之後發送的內容不同，或者是斷開的時間不同。

更詳細內容可閱讀：wireshark抓包圖解 TCP三向交握/四次揮手詳解

對於 WebSocket 來說，它必須依賴 HTTP 協議進行一次握手 ，握手成功後，資料就直接從 TCP 通道傳輸，與 HTTP 無關了。

4. Socket 與 WebScoket

Socket 其實並不是一個協議。它工作在 OSI 模型會話層（第5層），是為了方便大家直接使用更底層協議（一般是 TCP 或 UDP ）而存在的一個抽象層。

最早的一套 Socket API 是 Berkeley sockets ，採用 C 語言實現。它是 Socket 的事實標準，POSIX sockets 是基於它構建的，多種程式設計語言都遵循這套 API，在 JAVA、Python 中都能看到這套 API 的影子。

下面摘錄一段更容易理解的文字（來自 http和socket之長串連和短串連區別）：

Socket是應用程式層與TCP/IP協議族通訊的中間軟體抽象層，它是一組介面。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket介面後面，對使用者來說，一組簡單的介面就是全部，讓Socket去組織資料，以符合指定的協議。

主機 A 的應用程式要能和主機 B 的應用程式通訊，必須通過 Socket 建立串連，而建立 Socket 串連必須需要底層 TCP/IP 協議來建立 TCP 串連。建立 TCP 串連需要底層 IP 協議來定址網路中的主機。我們知道網路層使用的 IP 協議可以協助我們根據 IP 位址來找到目標主機，但是一台主機上可能運行著多個應用程式，如何才能與指定的應用程式通訊就要通過 TCP 或 UPD 的地址也就是連接埠號碼來指定。這樣就可以通過一個 Socket 執行個體唯一代表一個主機上的一個應用程式的通訊鏈路了。

而 WebSocket 則不同，它是一個完整的 應用程式層協議，包含一套標準的 API 。

所以，從使用上來說，WebSocket 更易用，而 Socket 更靈活。

5. HTML5 與 WebSocket

WebSocket API 是 HTML5 標準的一部分， 但這並不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基於瀏覽器的應用程式中使用。

實際上，許多語言、架構和伺服器都提供了 WebSocket 支援，例如：

• 基於 C 的 libwebsocket.org
• 基於 Node.js 的 Socket.io
• 基於 Python 的 ws4py
• 基於 C++ 的 WebSocket++
• Apache 對 WebSocket 的支援： Apache Module mod_proxy_wstunnel
• Nginx 對 WebSockets 的支援： NGINX as a WebSockets Proxy 、 NGINX Announces Support for WebSocket Protocol 、WebSocket proxying
• lighttpd 對 WebSocket 的支援：mod_websocket

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