TCP、Socket、WebSocket、HTTP
0、为什么需要WebSocket？
Browser已经支持http协议，为什么还要开发一种新的WebSocket协议呢？我们知道http协议是一种单向的网络协议，在建立连接后，它只允许Browser/UA（UserAgent）向WebServer发出请求资源后，WebServer才能返回相应的数据。而WebServer不能主动的推送数据给Browser/UA，当初这么设计http协议也是有原因的，假设WebServer能主动的推送数据给Browser/UA，那Browser/UA就太容易受到攻击，一些广告商也会主动的把一些广告信息在不经意间强行的传输给客户端，这不能不说是一个灾难。那么单向的http协议给现在的网站或Web应用程序开发带来了哪些问题呢？
让我们来看一个案例，现在假设我们想开发一个基于Web的应用程序去获取当前Web服务器的实时数据，例如火车票的剩余票数、实时信息等等，这就需要Browser/UA与WebServer端之间反复的进行http通信，Browser不断的发送Get请求，去获取当前的实时数据。
WebSocket从满足基于Web的日益增长的实时通信需求应运而生，解决了客户端发起多个Http请求到服务器资源浏览器必须要在经过长时间的轮询问题，实现里多路复用，是全双工、双向、单套接字连接，在WebSocket协议下服务器和客户端可以同时发送信息。
WebSocket和Http的异同点
同：
- 建立在TCP之上，通过TCP协议来传输数据。
- 都是可靠性传输协议。
- 都是应用层协议。
异：
- WebSocket是HTML5中的协议，支持持久连接，HTTP不支持持久连接
- HTTP是单向协议，只能由客户端发起，做不到服务器主动向客户端推送信息。
WebSocket和Socket
Socket本身并不是一个协议，它工作在OSI模型会话层，是一个套接字，TCP/IP网络的API，是为了方便大家直接使用更底层协议而存在的一个抽象层。Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。而WebSocket则是一个典型的应用层协议。
WebSocket HTTP和TCP/IP
WebSocket和HTTP一样，都是建立在TCP之上，通过TCP来传输数据。
Socket和TCP/IP
Socket是对TCP/IP协议的封装，像创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP),当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。
下面介绍几种常见的方式：
1. Polling
这种方式就是通过Browser/UA定时的向Web服务器发送http的Get请求，服务器收到请求后，就把最新的数据发回给客户端（Browser/UA），Browser/UA得到数据后，就将其显示出来，然后再定期的重复这一过程。虽然这样可以满足需求，但是也仍然存在一些问题，例如在某段时间内Web服务器端没有更新的数据，但是Browser/UA仍然需要定时的发送Get请求过来询问，那么Web服务器就把以前的老数据再传送过来，Browser/UA把这些没有变化的数据再显示出来，这样显然既浪费了网络带宽，又浪费了CPU的利用率。如果说把Browser发送Get请求的周期调大一些，就可以缓解这一问题，但是如果在Web服务器端的数据更新很快时，这样又不能保证Web应用程序获取数据的实时性。
2. Long Polling
上面介绍了Polling遇到的问题，现在介绍一下LongPolling，它是对Polling的一种改进。
Browser/UA发送Get请求到Web服务器，这时Web服务器可以做两件事情，第一，如果服务器端有新的数据需要传送，就立即把数据发回给Browser/UA，Browser/UA收到数据后，立即再发送Get请求给Web Server；第二，如果服务器端没有新的数据需要发送，这里与Polling方法不同的是，服务器不是立即发送回应给Browser/UA，而是把这个请求保持住，等待有新的数据到来时，再来响应这个请求；当然了，如果服务器的数据长期没有更新，一段时间后，这个Get请求就会超时，Browser/UA收到超时消息后，再立即发送一个新的Get请求给服务器。然后依次循环这个过程。
这种方式虽然在某种程度上减小了网络带宽和CPU利用率等问题，但是仍然存在缺陷，例如假设服务器端的数据更新速率较快，服务器在传送一个数据包给Browser后必须等待Browser的下一个Get请求到来，才能传递第二个更新的数据包给Browser，那么这样的话，Browser显示实时数据最快的时间为2×RTT（往返时间），另外在网络拥塞的情况下，这个应该是不能让用户接受的。另外，由于http数据包的头部数据量往往很大（通常有400多个字节），但是真正被服务器需要的数据却很少（有时只有10个字节左右），这样的数据包在网络上周期性的传输，难免对网络带宽是一种浪费。
通过上面的分析可知，要是在Browser能有一种新的网络协议，能支持客户端和服务器端的双向通信，而且协议的头部又不那么庞大就好了。WebSocket就是肩负这样一个使命登上舞台的。WebSocket Protocol
1. 概述
选择了 WebSocket 技术之后，不可避免的，我要将它和其他协议以及技术做一下比较。最常见的，就是需要比较 WebSocket 与 HTTP、Socket 技术的异同。
WebSocket 是为了满足基于 Web 的日益增长的实时通信需求而产生的。在传统的 Web 中，要实现实时通信，通用的方式是采用 HTTP 协议不断发送请求。但这种方式即浪费带宽（HTTP HEAD 是比较大的），又消耗服务器 CPU 占用（没有信息也要接受请求）。
而使用 WebSocket 技术，则会大幅降低上面提到的消耗。
那么，WebSocket 到底与 HTTP 协议到底是一个什么样的关系呢？它和 Socket 又有什么联系？这就要讲到 OSI 模型和 TCP/IP 协议族。
2. OSI 模型与 TCP/IP
什么是OSI 模型？
开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，ISO/IEC 7498-1），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织（ISO）提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。
而 TCP/IP 协议可以看做是对 OSI 模型的一种简化。
它将软件通信过程抽象化为四个抽象层，采取协议堆叠的方式，分别实作出不同通信协议。协议套组下的各种协议，依其功能不同，被分别归属到这四个阶层之中7，常被视为是简化的七层OSI模型。
HTTP、WebSocket 等协议都是处于 OSI 模型的最高层：应用层。而 IP 协议工作在网络层（第3层），TCP 协议工作在传输层（第4层）。OSI七层模型
3. WebSocket、HTTP 与 TCP
从上面的图中可以看出，HTTP、WebSocket 等应用层协议，都是基于 TCP 协议来传输数据的。我们可以把这些高级协议理解成对 TCP 的封装。
既然大家都使用 TCP 协议，那么大家的连接和断开，都要遵循 TCP 协议中的三次握手和四次握手 ，只是在连接之后发送的内容不同，或者是断开的时间不同。
更详细内容可阅读：wireshark抓包图解 TCP三次握手/四次握手详解
对于 WebSocket 来说，它必须依赖 HTTP 协议进行一次握手 ，握手成功后，数据就直接从 TCP 通道传输，与 HTTP 无关了。
4. Socket 与 WebScoket
Socket 其实并不是一个协议。它工作在 OSI 模型会话层（第5层），是为了方便大家直接使用更底层协议（一般是 TCP 或 UDP ）而存在的一个抽象层。
最早的一套 Socket API 是 Berkeley sockets ，采用 C 语言实现。它是 Socket 的事实标准，POSIX sockets 是基于它构建的，多种编程语言都遵循这套 API，在 JAVA、Python 中都能看到这套 API 的影子。
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
主机 A 的应用程序要能和主机 B 的应用程序通信，必须通过 Socket 建立连接，而建立 Socket 连接必须需要底层 TCP/IP 协议来建立 TCP 连接。建立 TCP 连接需要底层 IP 协议来寻址网络中的主机。我们知道网络层使用的 IP 协议可以帮助我们根据 IP 地址来找到目标主机，但是一台主机上可能运行着多个应用程序，如何才能与指定的应用程序通信就要通过 TCP 或 UPD 的地址也就是端口号来指定。这样就可以通过一个 Socket 实例唯一代表一个主机上的一个应用程序的通信链路了。
而 WebSocket 则不同，它是一个完整的 应用层协议，包含一套标准的 API 。
所以，从使用上来说，WebSocket 更易用，而 Socket 更灵活。
5. HTML5 与 WebSocket
WebSocket API 是 HTML5 标准的一部分， 但这并不代表 WebSocket 一定要用在 HTML 中，或者只能在基于浏览器的应用程序中使用。
实际上，许多语言、框架和服务器都提供了 WebSocket 支持，例如：
- 基于 C 的 libwebsocket.org
- 基于 Node.js 的 Socket.io
- 基于 Python 的 ws4py
- 基于 C++ 的 WebSocket++
- Apache 对 WebSocket 的支持： Apache Module mod_proxy_wstunnel
- Nginx 对 WebSockets 的支持： NGINX as a WebSockets Proxy 、 NGINX Announces Support for WebSocket Protocol 、WebSocket proxying
- lighttpd 对 WebSocket 的支持：mod_websocket