WebSocket 이해하기

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👉 이어서 읽기를 추천합니다.

1. WebSocket

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WebSocket is a computer communications protocol, providing full-duplex communication channels over a single TCP connection. The WebSocket protocol was standardized by the IETF as RFC 6455 in 2011, and the WebSocket API in Web IDL is being standardized by the W3C.

TCP 기반 전이중 통신(full-duplex communication)을 제공하고 RFC 6455 문서에서 규격에 대한 내용이 작성되어 있다고 합니다. RFC 6455 문서를 간단하게 살펴보았습니다.

1.1. 등장 배경

WebSocket 등장 이전 실시간 데이터를 확인하고 싶은 경우 클라이언트는 짧은 주기로 서버에게 데이터를 요청하였습니다. 이를 HTTP polling 방식이라고 하는데, HTTP polling 방식은 다음과 같은 문제가 있습니다.

  • 서버는 클라이언트가 보내는 요청마다 TCP 연결(connection)을 수행하므로 많은 수의 연결이 필요합니다.
  • 모든 클라이언트-서버 통신 메세지에 HTTP 헤더(header)를 가지게 됩니다.

위의 문제를 해결하기 위한 방법으로 WebSocket이 등장합니다. 매 요청마다 연결을 할 필요가 없어졌기 때문에 연결을 위한 오버헤드(overhead)가 줄어들었습니다. 한번 연결을 맺으면 별도의 요청 없이 서버로부터 메세지를 받을 수 있기 때문에 클라이언트 측에서 불필요한 요청을 보낼 일이 없어졌습니다. 메세지에는 HTTP 헤더 정보가 없기 때문에 네트워크 부하도 줄어들었습니다.

아래 설명을 통해 둘 사이의 차이점을 비교해보겠습니다.

1.2. HTTP polling

  • 클라이언트에서 서버로 데이터를 요청합니다.
  • 서버로부터 응답을 받습니다.
  • 일정 주기로 반복 수행합니다.
  • 요청과 응답이 있을 때마다 매번 새로운 연결을 수행합니다.

1.3. WebSocket

  • HTTP 요청을 통해 WebSocket 연결을 수행합니다. (Websocket Handshake)
  • 연결을 생성한 후 클라이언트와 서버는 별도의 연결 작업 없이 데이터를 주고 받습니다.
  • 서버와 클라이언트 모두 연결을 종료할 수 있습니다.

이미지 출처, https://www.programmersought.com/article/55824983394/

1.4. WebSocket API 사용 가능 브라우저

https://caniuse.com/?search=websocket 링크에서 WebSocket API 사용 가능한 브라우저를 확인할 수 있습니다.

이미지 출처, https://caniuse.com/?search=websocket

2. WebSocket Handshake

WebSocket 연결 요청인 Handshake 과정에서 서버와 주고 받는 정보를 확인해보겠습니다. Handshake 과정은 HTTP 통신을 이용하며 주고 받은 데이터에서 중요한 정보만 확인해보겠습니다.

2.1. 요청 정보

  • Connection: Upgrade - 연결을 지속할 것인지 여부를 전달, 프로토콜 변경을 위해서는 Upgrade 정보 필수 포함
  • Upgrade: websocket - websocket 프로토콜로 변경 요청
  • Sec-WebSocket-Key: <key> - 클라이언트가 websocket 프로토콜 업그레이드를 요청할 권한이 있는지 확인하는데 필요한 정보를 서버에 제공
  • Sec-WebSocket-Version: <version> - 클라이언트가 사용하고 싶은 websocket 버전을 전달
GET /chat/046/rnfjawvk/websocket HTTP/1.1
Host: localhost:8080
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64; rv:89.0) Gecko/20100101 Firefox/89.0
Accept: */*
Accept-Language: ko-KR,ko;q=0.8,en-US;q=0.5,en;q=0.3
Accept-Encoding: gzip, deflate
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://localhost:8080
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate
Sec-WebSocket-Key: VTBy273FOIzgpFUz2B15/w==
DNT: 1
Connection: keep-alive, Upgrade
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache
Upgrade: websocket

2.2. 응답 정보

  • 101 응답 코드 - 프로토콜 변경에 대한 응답 코드, Switching Protocols
  • Sec-WebSocket-Accept: <hashed key> - 서버가 websocket 연결을 시작할 의사가 있음을 클라이언트에게 알리기 위한 정보
HTTP/1.1 101 
Vary: Origin
Vary: Access-Control-Request-Method
Vary: Access-Control-Request-Headers
Upgrade: websocket
Connection: upgrade, keep-alive
Sec-WebSocket-Accept: NoIMAWc3QDTXp1sRBJhBbKjJeuk=
Sec-WebSocket-Extensions: permessage-deflate
Date: Wed, 21 Jul 2021 00:50:56 GMT
Keep-Alive: timeout=60

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