Web Socket

wookhyung·2022년 12월 11일

http study 웹소켓

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발표 스터디 9번째 주제로 선정한, Web Socket 에 대한 정리 글입니다.

1. 웹 소켓이란?

두 프로그램 간의 메세지를 교환하기 위한 통신 방법 중 하나
W3C와 IETF에 의해 자리잡은 표준 프로토콜 중 하나
- W3C: 월드 와이드 웹을 위한 표준을 개발하고 장려하는 조직
- IETF: 인터넷의 운영, 관리, 개발에 대해 협의하고 프로토콜과 구조적인 사안들을 분석하는 인터넷 표준화 작업 기구
현재 인터넷 환경(HTML5)에서 많이 사용된다.
웹 소켓을 지원하는 브라우저의 경우 웹 소켓 프로토콜을 지원한다.

2. 웹 소켓의 특징

양방향 통신 (Full-Duplex)
- 데이터 송수신을 동시에 처리할 수 있는 통신 방법
- 클라이언트와 서버가 서로에게 원할 때, 데이터를 주고 받을 수 있다.
- 통상적인 HTTP 통신은 Client가 요청을 보내는 경우에만 Server가 응답하는 단방향 통신
실시간 네트워킹(Real Time-Networking)
- 웹 환경에서 연속된 데이터를 빠르게 노출
  - ex) 채팅, 주식, 비디오 데이터, …
- 여러 단말기에 빠르게 데이터를 교환

3. 웹 소켓 이전의 비슷한 기술

💡 HTTP 에서도 실시간성을 보장하는 기법이 존재한다!

Polling
- 서버로 일정 주기로 요청을 송신함.
- Real-time 통신에서는 언제 통신이 발생할지 예측이 불가능하기 때문에, 불필요한 request와 connection을 생성함.
- Real-time 통신이라고 부르기 애매할 정도의 실시간성

Long Polling
- Polling의 단점을 해소하기 위해 서버에서 대기하다가 이벤트 발생 시에만 응답을 보냄.
- 서버에 요청을 보내고 이벤트가 생겨 응답을 받을 때까지 연결을 종료하지 않고, 응답을 받으면 끊고 다시 재요청하는 방식
- 많은 양의 메세지가 쏟아질 경우, 결국 Polling과 같아짐.

Streaming
- 서버에 요청을 보내고 끊기지 않은 연결상태에서 끊임없이 데이터를 수신함.
- 클라이언트에서 서버로의 데이터 송신이 어렵다.

💡 결과적으로 모든 방법이 HTTP를 통해 통신하기 때문에 Request, Response 둘 다 Header가 불필요하게 큼.

HTTP vs 웹소켓

HTTP	웹소켓
비 연결성	연결 지향
매번 연결 맺고 끊는 과정의 비용	한 번 연결 맺은 뒤 유지
요청 - 응답 구조	양방향 통신

HTTP
WebSocket

4. 웹소켓 동작 방법 - 핸드 쉐이킹

💡 핸드 쉐이킹은 http나 https를 통해서 이루어짐.

// 연결 수립을 요청할 때의 HTTP 헤더
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.com 
Upgrade: websocket 
Connection: Upgrade 
Sec-WebSocket-Key: dGgnnsduwqka17gdsSB3j==  
Origin: http://example.com  
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat 
Sec-WebSocket-Version: 13

GET /chat HTTP/1.1
- 연결 수립 과정은 HTTP 프로토콜 사용
- HTTP 버전은 1.1 이상 사용
- 반드시 GET 메서드를 사용
Host
- 웹소켓 서버의 주소
Upgrade
- 현재 클라이언트, 서버, 전송 프로토콜 연결에서 다른 프로토콜로 업그레이드 또는 변경하기 위한 규칙
Connection
- Upgrade 헤더 필드가 명시되었을 경우, 송신자는 반드시 Upgrade 옵션을 지정한 Connection 헤더 필드로 전송
Sec-WebSocket-Key
- 길이가 16바이트인 임의로 선택된 숫자를 base64로 인코딩 한 값
- 클라이언트와 서버 간 서로의 신원을 인증하기 위한 키
Origin
- 클라이언트로 웹 브라우저를 사용하는 경우 필수항목, 클라이언트의 주소
Sec-WebSocket-Protocol
- 클라이언트가 요청하는 여러 서브프로토콜을 의미
- 공백문자로 구분하며 순서에 따라 우선권이 부여
- 서버에서 여러 프로토콜 혹은 프로토콜 버전을 나눠서 서비스할 경우 필요한 정보

// HTTP 응답 헤더
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRb+jfgh=

101 Switching Protocols
- 101 Switching Protocols가 Response로 오면 웹소켓이 연결됐다는 의미
Sec-WebSocket-Accept
- 클라이언트로 받은 Sec-WebSocket-Key를 사용하여 계산된 값
- 클라이언트에서 계산한 값과 일치하지 않으면 연결 수립이 되지 않음.

핸드 쉐이크 완료!, 데이터를 전송해보자.

프로토콜이 ws로 변경
- 데이터 보안을 위해서 SSL을 적용한 wss 프로토콜도 있음.
Message
- 여러 frame이 모여서 구성하는 하나의 논리적 메세지 단위
frame: communication에서 가장 작은 단위의 데이터, 작은 헤더 + payload로 구성
- HTTP의 큰 헤더 단점을 해소하기 위함
- 웹소켓 통신에 사용되는 데이터는 UTF8 인코딩
  - ex) 0x00 (data) 0xff