智慧城市网

　　在通常的智能家居场景中，我们可以很方便地从口袋中掏出手机，打开APP应用，点击几下，启动家里的热水器，这样下班回家后，马上就可以洗个热水澡。
 

 

       在这点击的零点几秒的时间内，Internet网上的控制报文是如下传输的。

 

　　①客户手机连接到云服务器发出热水器的控制指令
 

　　②云服务器把控制指令转发给家中智能家居网关，控制热水器开关
 

　　③热水器响应控制指令，将结果反馈给云服务器
 

　　④云服务器再将结果反馈给客户APP，APP显示设置成功
 

　　大家可能会问一个问题，为什么客户APP不直接控制智能家居网关，而使用云服务器做中转？
 

　　答案：智能家居设备是躲在家用路由器的后面，它的ip地址并不是公网地址，因此用户手机是无法访问到智能家居设备。同理，云服务器也无法访问到智能家居设备。
 

　　因此智能家居设备需要主动向云服务器发起连接，并建立好连接。这样客户APP就可以就随时登录到云端，通过云端对智能家居进行控制。
 

　　我们拿在internet世界常用的HTTP协议来实现智能家居网关和云服务器的交互控制。HTTP协议非常简单，客户端发起一个request，服务器回一个response。
 

　　大家注意，服务器是不能主动发起请求的，这是因为HTTP协议必须是客户端发起的。因此如果要控制智能家居设备，智能家居设备需要不停的向服务器发起询问，查看云服务器是否对它下控制命令。
 

　　设备不停地对服务器请求会造成以下问题：
 

　　1、无论设备还是云服务器，CPU很忙，设备性能下降
 

　　2、占用带宽，特别是云服务器的带宽资源是比较昂贵的
 

　　好，我们现在请出WebSocket协议来替换HTTP协议的实现，设备和服务器的请求变成下面的对话：
 

　　这样就明显合理多了，因此WebSocket协议有如下几个优点：
 

　　1、更小的控制开销。建立连接后，用于协议控制的数据包头部相对较小，在不扩展的情况下，只有2-10个字节。相对于HTTP请求每次都要带完整的头部，开销要小很多
 

　　2、更强的实时性，协议是双工的。客户端和服务器端都可以随时发起请求。
 

　　正因为WebSocket有这些优点，它当前被大量使用在如下领域：
 

　　1、社交聊天，如果WebSocket早一些出来，QQ和微*聊天的协议估计就是它了

　　2、弹幕

　　3、多玩家游戏

　　4、协同编辑，比如Google Docs，允许多人在线同时编辑相同一篇文档

　　5、股票基金报价

　　6、基于位置的应用

　　7、智能家居
 

　　可以看出来，需要实时性的场景都会使用WebSocket。
 

　　WebSocket vs HTTP
 

　　下图是WebSocket和HTTP协议层次模型：
 

　　为什么客户不直接控制智能家居网关，而要使用云服务器做中转？
 

　　从图上可以看出，HTTP和WebSocket有一些交集，我们通过下面一个典型的WebSocket握手请求来展示：
 

　　客户端请求

　　GET/webfin/websocket/ HTTP/1.1Host： localhostUpgrade： websocket

　　Connection:UpgradeSec-WebSocket-Key： xqBt3ImNzJbYqRINxEFlkg==Origin： http://服务器地址Sec-WebSocket-Version： 13
 

　　服务器回应
 

　　HTTP/1.1101 Switching ProtocolsUpgrade： websocketConnecTIon： UpgradeSec-WebSocket-Accept： K7DJLdLooIwIG/MOpvWFB3y3FE8=

　　可以看出来，WebSocket建立连接是使用HTTP协议进行握手的，握手完成之后，WebSocket就和HTTP没有关系了，真正的数据传输阶段是不需要http协议参与的。
 

　　WebSocket和HTTP是独立的协议，那么为什么WebSocket协议借用了HTTP的协议来建立连接而不是自建一套独立的协议呢？
 

　　在前几年的时候，在大多数公司里，IT为了让大家安心工作，在公司的防火墙上把QQ的端口号封了，这样既解决了大家可以正常上网，但不能上网QQ聊天。如果QQ改用WebSocket来实现，WebSocket使用和HTTP相同的80端口，IT就没法限制了，除非把Web浏览也禁掉。因此WebSocket协议借用了HTTP的协议来建立连接，使用HTTP的端口号，可以绕过大多数防火墙的限制。有Web的地方，WebSocket就可以通行无阻。
 

　　浏览器的兼容性
 

　　由于WebSocket协议是在2011年终定稿，因此一些旧款的浏览器还无法支持WebSocket，比如IE10以前的版本。下面是实现了WebSocket的浏览器(终版本RFC6455)：
 

　　Web世界日新月异，但IE的对新技术的支持总要慢一拍，所以现在IE的份额也在逐年下降。来自Net Market Share 2016年7月份的统计，Google的Chrome浏览器(48.65%)已经超越 IE(31.65%)的*。这里提醒，还在用IE老版本的朋友们，赶快升级吧。
 

　　WebSocket之前
 

　　大家可能会有疑问，2011年WebSocket才终定稿，那么之前如何实现像聊天室之类的实时应用呢？答案是：使用tcp编程。所以像QQ这样的聊天程序，腾讯需要自己开发私有的SDK来实现。如果今天开发QQ聊天程序，直接拿WebSocket来用就好了，浏览器、客户端程序、服务器程序、各种编程语言都已经开发了现成的WebSocket库函数，可以直接调用。底层的通信协议和实现细节不用再考虑了。
 

　　HTTP和WebSocket的编程对应于OSI七层协议中的第七层，而tcp编程在第三层。从编程角度来说，层次越高，编码越简单。原理类似于，程序员用c语言编程还是python编程一样，python写几句话，c可能需要写几页的程序。
 

　　总结：在web开发之前是没有保持长链接的协议，WebSocket的诞生使其从无到有，全双工、实时、高效，WebSocket迎合了实时通讯的需求。