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HTTP
TCP/IP
WebSocket
SPDY

如何理解 TCP/IP, SPDY, WebSocket 三者之间的关系？

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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是应用层的协议。在这三者之间，SPDY和WebSocket都是与HTTP相关的协议，而TCP是HTTP底层的协议。


一、HTTP的不足

HTTP协议经过多年的使用，发现了一些不足，主要是性能方面的，包括：

  • HTTP的连接问题，HTTP客户端和服务器之间的交互是采用请求/应答模式，在客户端请求时，会建立一个HTTP连接，然后发送请求消息，服务端给出应答消息，然后连接就关闭了。（后来的HTTP1.1支持持久连接）
  • 因为TCP连接的建立过程是有开销的，如果使用了SSL/TLS开销就更大。
  • 在浏览器里，一个网页包含许多资源，包括HTML，CSS，JavaScript，图片等等，这样在加载一个网页时要同时打开连接到同一服务器的多个连接。
  • HTTP消息头问题，现在的客户端会发送大量的HTTP消息头，由于一个网页可能需要50-100个请求，就会有相当大的消息头的数据量。
  • HTTP通信方式问题，HTTP的请求/应答方式的会话都是客户端发起的，缺乏服务器通知客户端的机制，在需要通知的场景，如聊天室，游戏，客户端应用需要不断地轮询服务器。

而SPDY和WebSocket是从不同的角度来解决这些不足中的一部分。除了这两个技术，还有其他技术也在针对这些不足提出改进。

二、SPDY

SPDY的主要目的是减少50%以上的页面加载时间，但是呢不增加部署的复杂性，不影响客户端和服务端的Web应用，只需要浏览器和Web服务器支持SPDY。主要有以下几点：

  • 多路复用，一个TCP连接上同时跑多个HTTP请求。请求可设定优先级。
  • 去除不需要的HTTP头，压缩HTTP头，以减少需要的网络带宽。
  • 使用了SSL作为传输协议提供数据安全。
  • 对传输的数据使用gzip进行压缩
  • 提供服务方发起通信，并向客户端推送数据的机制。

实质上，SPDY就是想不影响HTTP语义的情况下，替换HTTP底层传输的协议来加快页面加载时间。

SPDY的解决办法就是设计了一个会话层协议--帧协议，解决多路复用，优先级等问题，然后在其上实现了HTTP的语义。

三、WebSocket

WebSocket则提供使用一个TCP连接进行双向通讯的机制，包括网络协议和API，以取代网页和服务器采用HTTP轮询进行双向通讯的机制。

本质上来说，WebSocket是不限于HTTP协议的，但是由于现存大量的HTTP基础设施，代理，过滤，身份认证等等，WebSocket借用HTTP和HTTPS的端口。

由于使用HTTP的端口，因此TCP连接建立后的握手消息是基于HTTP的，由服务器判断这是一个HTTP协议，还是WebSocket协议。 WebSocket连接除了建立和关闭时的握手，数据传输和HTTP没丁点关系了。

WebSocket也有自己一套帧协议。

四、SPDY和WebSocket的关系

SPDY和WebSocket的关系比较复杂。

  1. 补充关系，二者侧重点不同。SPDY更侧重于给Web页面的加载提速，而WebSocket更强调为Web应用提供一种双向的通讯机制以及API。
  2. 竞争关系，二者解决的问题有交集，比如在服务器推送上SPDY和WebSocket都提供了方案。
  3. 承载关系，试想，如果SPDY的标准化早于WebSocket，WebSocket完全可以侧重于API，利用SPDY的帧机制和多路复用机制实现该API。 Google提出草案，说WebSocket可以跑在SPDY之上。WebSocket的连接建立在SPDY的流之上，将WebSocket的帧映射到SPDY的帧上。
  4. 融合关系，如微软在HTTP Speed+Mobility中所做的。

五、题外话

1. HTTP Speed+Mobility

还有一个有趣的技术叫做HTTP Speed+Mobility，和SPDY一样都是HTTP 2.0标准的竞争者，HTTP Speed+Mobility来自微软。HTTP SM借鉴了SPDY和WebSocket的协议，将二者揉为一体，又有所取舍。

HTTP SM的设计原则包括：

  • 保留HTTP的语义，这一点和SPDY一致，但也正应如此，抛弃了SPDY里的ServerPush。
  • 遵守分层的网络架构，TCP能做的，HTTP SM不做，因此去除了SPDY的流控。
  • 使用现有标准，因此使用HTTP/1.1 Upgrade header机制，借用了WebSocket的握手机制和帧格式（RFC6455）。
  • 客户端掌握内容的控制，因此不强制使用压缩和SSL/TLS。
  • 考虑到网络的费用和电力，这点考虑到了移动设备以及物联网，提供了Credit Control机制。

HTTP SM分以下几层：

  • 会话层和帧协议，这部分取自WebSocket协议。包括握手机制，以及帧格式。
  • 流层（包括多路复用），这部分主要借鉴SPDY，包括多路复用，流优先级，但增加了Credit Control。这部分作为 WebSocket协议的扩展。
  • HTTP层，在流层上实现HTTP语义，这部分也借鉴自SPDY。

2. Network-Friendly HTTP

NF是HTTP 2.0候选方案之一，主要提出以下改进：

  • 对HTTP头的名称进行二进制编码
  • 对通用HTTP头进行分组
  • 请求/应答的多路复用
  • 分层模型

NF同样定义了帧和流，

3. WAKA

WAKA也是HTTP 2.0候选方案之一，是HTTP协议原作者Roy Fielding提出的一个提案。

WAKA支持多路复用，支持优先级。WAKA提出了两个新的HTTP方法，RENDER和MONITOR。

SPDY and Its Relation to WebSockets

britg.com/2012/03/15/sp

SPDY is an augmentation to HTTP with the goal of making synchronous HTTP requests faster.

WebSockets is an alternative to HTTP with the goal of facilitating real time communication.