专栏首页全栈码农画像.NET WebSocket 核心原理初体验

.NET WebSocket 核心原理初体验

上个月我写了《.NET gRPC核心功能初体验》, 里面使用gRPC双向流做了一个打乒乓球的Demo, [实时][双向]这两个标签是不是很熟悉,对, WebSockets也可以做实时双向通信。

本文将利用WebSockets(SignalR的一部分)搭建一个可双向通信的ASP.NETCore5应用。 (? 预告:下期将着重对比gRPC和WebSockets的差异和使用场景)

我们先深入研究基本概念,以了解WebSockets幕后情况。

WebSockets简介

为支持在在客户端/服务端双向通信,引入了WebSockets.

HTTP 1.0:我们每次向服务器发送请求时都需要重新创建连接(关闭之前的连接)。 HTTP 1.1:新增keep-alive语法引入了持久连接机制, 至此连接可以被重用---这能减小通信延迟(因为服务器能感知客户端,并且不需要为每个请求重开握手过程)

WebSockets 依附于HTTP1.1协议的持久连接机制,因此如果你是第一次发起WebSockets连接,这实际是一个HTTP1.1请求,协商成功后开始全双工通信。

下图描述了初始化(握手),数据传输,关闭WebSockets的过程。

协议有两部分:握手和数据传输

握手

WebSocket与HTTP协议有良好兼容性。"握手"阶段采用Http协议,默认也是80/443端口,因此握手时不容易屏蔽,能通过各种 HTTP 代理服务器。

协议标识符是ws(如果加密,则为wss),服务器网址就是 URL。

ws://example.com:80/some/path

简而言之,WebSocket连接基于单个端口上的HTTP(以TCP传输):

1.服务器在指定的端口(如80/443)上监听传入的TCP套接字连接2.客户端使用HTTP GET请求启动握手 (这就是“WebSockets”中的“Web”由来)。 在请求头中,客户端将要求服务器将连接Upgrade到WebSocket。3.服务器发送握手响应,通知客户端它将把协议从HTTP更改为WebSocket。4.客户端/服务器协商连接细节。如果条款不匹配,任何一方都可以退出。

GET /ws-endpoint HTTP/1.1Host: example.com:80Upgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Key: L4kHN+1Bx7zKbxsDbqgzHw==Sec-WebSocket-Version: 13

请注意:客户端发送Connection:UpgradeUpgrade:websocket请求头 服务端握手响应:

HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsUpgrade: websocketConnection: UpgradeSec-WebSocket-Accept: CTPN8jCb3BUjBjBtdjwSQCytuBo=

注意:服务端返回HTTP/1.1 101 Switching Protocols状态码,其他非101的状态码都指示握手失败。

数据传输

任意一方可以在任意时间发送消息,因为这是全双工通信协议。

消息由一个或多个帧组成,一个帧可以是二进制、文本、控制帧(0x8 Close,0x9 Ping,0xA Pong)

.NETCore Server listening WebSockets

dotnet new webapi -n WebSocketsTutorialdotnet add WebSocketsTutorial/ package Microsoft.AspNet.SignalR

为简化本次内容,我不会谈论SignalR(集线器和其他东西)。

本次将完全基于WebSocket通信。

app.UseWebSockets();

新增WebSocketsController.cs,添加如下代码:

using System;using System.Net.WebSockets;using System.Text;using System.Threading;using System.Threading.Tasks;using Microsoft.AspNetCore.Mvc;using Microsoft.Extensions.Logging;namespace WebSocketsTutorial.Controllers{    [ApiController]    [Route("[controller]")]    public class WebSocketsController : ControllerBase    {        private readonly ILogger<WebSocketsController> _logger;        public WebSocketsController(ILogger<WebSocketsController> logger)        {            _logger = logger;        }        [HttpGet("/ws")]        public async Task Get()        {          if (HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest)          {              using var webSocket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();              _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection established");              await Echo(webSocket);          }          else          {              HttpContext.Response.StatusCode = 400;          }        }                private async Task Echo(WebSocket webSocket)        {            var buffer = new byte[1024 * 4];            var result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);            _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");            while (!result.CloseStatus.HasValue)            {                var serverMsg = Encoding.UTF8.GetBytes($"Server: Hello. You said: {Encoding.UTF8.GetString(buffer)}");                await webSocket.SendAsync(new ArraySegment<byte>(serverMsg, 0, serverMsg.Length), result.MessageType, result.EndOfMessage, CancellationToken.None);                _logger.Log(LogLevel.Information, "Message sent to Client");                result = await webSocket.ReceiveAsync(new ArraySegment<byte>(buffer), CancellationToken.None);                _logger.Log(LogLevel.Information, "Message received from Client");                            }            await webSocket.CloseAsync(result.CloseStatus.Value, result.CloseStatusDescription, CancellationToken.None);            _logger.Log(LogLevel.Information, "WebSocket connection closed");        }    }}

在握手之后,服务端不需要等待客户端发起消息,就可以推送消息到客户端。

启动ASP.NET Core 服务端,程序在/ws路由地址监听WebSockets连接, 回发客户端发送过来的消息。

Browser client using WebSockets api

在浏览器Console编写js代码发起客户端websockets请求:

let webSocket = new WebSocket('wss://localhost:5001/ws');

在该请求的network- Messages tab页面可观察双向通信:

除此之外,服务器/客户端维护了pingpong机制,以确认客户端是否还存活。 如果您真的想看看这些数据包,使用WireShark之类的工具了解一下。

整个过程在Chrome-Network上只会有一个记录,所以你如果要看"握手过程", 也请在刚在的tab页面查看?。

最后

如果您有兴趣了解WebSocket的协议规范,请转至RFC 6455阅读。 这篇文章只是WebSockets的小试牛刀,还有许多我们可以讨论的其他事情,例如安全性,负载平衡,代理等✌️。

(? 预告:下期将对比gRPC和WebSockets的差异和使用场景)

本文分享自微信公众号 - Dotnet Plus(nodotnet),作者:小码甲

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2021-04-21

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • .NET gRPC核心功能初体验

    gRPC是高性能的RPC框架, 有效地用于服务通信(不管是数据中心内部还是跨数据中心)。

    小码甲
  • FFmpeg 音视频处理核心技术初体验

    用户1081422
  • 一起了解 .Net Foundation 项目 No.1

    .Net 基金会中包含有很多优秀的项目,今天就和笔者一起了解一下其中的一些优秀作品吧。

    newbe36524
  • SpringBoot初体验及原理解析

    ​  上篇文章,我们聊到了SpringBoot得以实现的幕后推手,这次我们来用SpringBoot开始HelloWorld之旅。SpringBoot是Sprin...

    阿豪聊干货
  • WebSocket系列之如何建立和维护可靠的连接

    通过前四篇博客,相信读者对于WebSocket的使用和数据(不论是ArrayBuffer还是String)传输都有了一个深刻的了解。现在我们来介绍下,我在使用W...

    黄Java
  • TCP/IP, WebSocket 和 MQTT

    按照OSI网络分层模型,IP是网络层协议,TCP是传输层协议,而HTTP和MQTT是应用层的协议。在这三者之间, TCP是HTTP和MQTT底层的协议。大家对H...

    张善友
  • Go进阶53:从零Go实现Websocket-H5-RDP/VNC远程桌面客户端

    因为工作的原因,一直研究堡垒机(linux/windows),对SSH和RDP这两种协议接触比较多.今天这个教程主要是讲怎么从零开始,开始一个HTML5-web...

    mojocn
  • 基于Unix Socket的可靠Node.js HTTP代理实现(支持WebSocket协议)

    实现代理服务,最常见的便是代理服务器代理相应的协议体请求源站,并将响应从源站转发给客户端。而在本文的场景中,代理服务及源服务采用相同技术栈(Node.js),源...

    欲休
  • 使用 HTML5 WebSocket 构建实时 Web 应用

    作为下一代的 Web 标准,HTML5 拥有许多引人注目的新特性,如 Canvas、本地存储、多媒体编程接口、WebSocket 等等。这其中有“Web 的 T...

    前朝楚水

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券