WebSocket: 最新の Web アプリケーションにおけるリアルタイム通信のバックボーン

進化を続ける Web アプリケーションの世界では、リアルタイム通信は必須の機能となっています。ライブ通知、オンライン ゲーム、リアルタイム メッセージングから共同編集に至るまで、ユーザーはシームレスで即時の対話を期待しています。 WebSocket は、クライアントとサーバー間に全二重の低遅延通信チャネルを提供することで、この需要を満たす強力なプロトコルです。

このブログでは、WebSocket について詳しく説明し、WebSocket の仕組み、利点、実際の使用例、実装の基本ガイドについて説明します。

---

目次

1. WebSocket の概要
2. WebSocket と HTTP: 主な違い
3. WebSocket の仕組み
4. WebSocket プロトコルとハンドシェイク
5. WebSocket を使用する利点
6. WebSocket の実際のアプリケーション
7. JavaScript での WebSocket の実装
8. WebSocket のセキュリティ上の懸念
9. 結論

---

1. WebSocket の概要

WebSocket は、クライアント (通常はブラウザ) とサーバーの間に永続的な接続を提供し、双方向のリアルタイム データ転送を可能にする通信プロトコルです。これは IETF によって RFC 6455 として標準化され、最新のブラウザーで広くサポートされるようになりました。

従来の HTTP ベースの接続は主にリクエストとレスポンスであり、クライアントが各対話を開始することを意味します。対照的に、WebSocket はオープンな通信ラインを可能にし、クライアントとサーバーの両方がいつでも、接続を繰り返し再確立するオーバーヘッドなしで相互にデータを送信できるようにします。

---

2. WebSocket と HTTP: 主な違い

機能 HTTP WebSocket

Feature	HTTP	WebSocket
Connection Type	Half-duplex	Full-duplex
Communication	Request-response	Bi-directional
Connection Persistence	New connection per request	Persistent connection
Latency	Higher	Lower
Usage Suitability	Static content delivery	Real-time applications

接続タイプ 半二重 全二重 コミュニケーション リクエストとレスポンス 双方向 接続の永続性 リクエストごとの新しい接続 永続的な接続 レイテンシ 高い 下位 使用の適合性 静的コンテンツの配信 リアルタイム アプリケーション テーブル>

HTTP は静的な Web ページや RESTful サービスに最適ですが、WebSocket はライブ ストリーミング、通知、オンライン ゲームなど、一定のデータ フローを必要とするアプリケーションに最適です。

---

3. WebSocket の仕組み

WebSocket プロトコルは、既存の HTTP 接続を WebSocket にアップグレードします。この最初のハンドシェイクは HTTP 経由で行われ、その後接続でプロトコルが切り替わり、全二重データ転送が可能になります。

1. クライアント リクエスト: クライアントは、WebSocket へのアップグレードの希望を示すヘッダーを含む HTTP リクエストを送信します。
2. サーバーの応答: サーバーが WebSocket をサポートしている場合、アップグレードを受け入れるヘッダーで応答します。
3. 永続的な接続: ハンドシェイク後、永続的な WebSocket 接続が確立され、双方が必要とする限り開いたままにすることができます。

この接続により、対話ごとに新しい接続が必要となる HTTP とは異なり、最小限のオーバーヘッドで効率的かつ継続的な通信が可能になります。

---

4. WebSocket プロトコルとハンドシェイク

WebSocket プロトコルは TCP 上で動作し、通常の接続にはポート 80 を使用し、安全な接続 (WSS) にはポート 443 を使用します。

ハンドシェイクプロセス

これは典型的な WebSocket ハンドシェイクの例です:

クライアントリクエスト:

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13

サーバーの応答:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=

サーバーが 101 スイッチング プロトコルで応答すると、WebSocket 接続が開き、クライアントとサーバーの両方がデータ フレームを送信できるようになります。

---

5. WebSocket を使用する利点

1. 低遅延: WebSocket は、単一のオープン接続を維持することで遅延を最小限に抑え、接続の確立と終了にかかる時間を短縮します。
2. 効率: HTTP ポーリングとは異なり、WebSocket は余分な HTTP ヘッダーなしで必要なデータのみを送信するため、軽量で帯域幅効率が高くなります。
3. 全二重通信: WebSocket により、クライアントとサーバー間の同時データ フローが可能になり、リアルタイム アプリケーションに最適です。
4. スケーラビリティ: WebSocket 接続は永続的なため、アプリケーションは多数のアクティブな接続を同時に処理でき、拡張が容易になります。

---

6. WebSocket の実世界のアプリケーション

WebSocket は、リアルタイムの双方向通信を必要とするアプリケーションに最適なプロトコルです。一般的な使用例には次のようなものがあります:

• ライブ チャット アプリケーション: WhatsApp や Slack などのアプリケーションでのリアルタイム メッセージング。
• オンライン ゲーム: 複数のプレーヤー間の即時対話が必要なゲーム用。
• 財務ティッカー: リアルタイムの株式または暗号通貨の更新。
• ライブ スポーツ スコア: スコアやゲーム イベントに関する継続的な更新。
• 共同作業ツール: 複数のユーザーが同じドキュメントで作業する Google ドキュメントなどのアプリケーション。

---

7. JavaScript での WebSocket の実装

JavaScript で WebSocket 接続を設定する基本的な例を次に示します。

クライアントサイド JavaScript

GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13

サーバー側 (Node.js の例)

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=

---

8. WebSocket のセキュリティ上の懸念

WebSocket には利点があるにもかかわらず、次のようなセキュリティ上の課題があります。

• ネイティブ CSRF 保護なし: WebSocket にはクロスサイト リクエスト フォージェリ (CSRF) に対する保護が組み込まれていません。
• DOS 攻撃に対して脆弱: 永続的な接続は、サーバーをフラッディングすることによってサービス拒否攻撃に悪用される可能性があります。
• リスクの軽減: 安全な WebSocket (WSS) を実装して、トラフィックを暗号化し、クライアント要求を検証し、セキュリティ機能が組み込まれた WebSocket ライブラリを使用します。

Secure WebSocket (WSS) を使用すると、HTTPS と同様の方法で WebSocket 経由のデータ送信を保護できます。

---

9.結論

WebSocket は、Web アプリケーションの構築と操作の方法を変革しました。全二重の低遅延通信を可能にすることで、WebSocket は動的なリアルタイム アプリケーションの作成に不可欠なものになりました。ライブチャットやゲームから金融ティッカーまで、WebSocket の常時接続を維持する機能により、無限の可能性が開かれます。

以上がWebSocket: 最新の Web アプリケーションにおけるリアルタイム通信のバックボーンの詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。