WebSocket

WebSocket（ウェブソケット）は、単一のTCPコネクション上に双方向通信のチャンネルを提供する、コンピュータの通信プロトコルの1つである。WebSocketプロトコルは、2011年にRFC 6455としてIETFにより標準化された。Web IDL（英語版）中のWebSocket APIは、当初W3Cにより標準され、後にWHATWGに引き継がれている。

WebSocketはHTTPとは異なるプロトコルである。ともにOSI参照モデルのレイヤー7に位置し、レイヤー4のTCPに依存している。両者は異なるプロトコルであるが、RFC 6455では、WebSocketは「HTTPプロキシと仲介者をサポートするために、HTTPの443番および80番ポート上で動作するように設計されている」と述べられているように、HTTPプロトコルと互換性がある。互換性を実現するために、WebSocketのハンドシェイクはHTTP/1.1 Upgradeヘッダーを使用し、HTTPプロトコルをWebSocketプロトコルに変更するように実現されている。

標準仕様は以下のように規定されている。

• API: WebSockets Standard（非公式な日本語訳）。
• 通信プロトコル: RFC 6455 （非公式な日本語訳）に加えてFetch Standard 6. WebSocket protocol alterations（非公式な日本語訳）
  • HTTP/2と組み合わせる（HTTP/2ストリーム内でWebSocket通信を行う）場合: RFC 8441
  • HTTP/3と組み合わせる場合: RFC 9220

概要

XMLHttpRequestの欠点を解決する技術として開発されており、既存のComet等に取って代わることを目標としている。

いわゆるAjaxアプリケーションではサーバとクライアント間のデータのやり取りが頻繁に発生するが、従来のXMLHttpRequestはあくまでブラウザ側からサーバにデータの送信要求を出す手段に過ぎず、サーバ側からクライアントにデータをプッシュ配信することが難しい。一方Cometではサーバ側からのプッシュ配信が可能なものの、多くの実装では擬似的に双方向通信を行うため通信が発生するごとにTCPのハンドシェイク手続きを再度行う必要があるほか、HTTPコネクションを長時間占有するためその間同一サーバに接続する他のアプリケーションの動作に影響を及ぼす可能性があるなど、また別の問題が生じる（XMLHttpRequest#ロングポーリングも参照）。

これに対しWebSocketでは、サーバとクライアントが一度コネクションを行った後は、必要な通信を全てそのコネクション上で専用のプロトコルを用いて行う。従来の手法に比べると、新たなコネクションを張ることがなくなる・HTTPコネクションとは異なる軽量プロトコルを使うなどの理由により通信ロスが減る、一つのコネクションで全てのデータ送受信が行えるため同一サーバに接続する他のアプリケーションへの影響が少ないなどのメリットがある^[1]。

プロトコル

WebSocketの接続を確立するために、クライアント側はまずハンドシェイク要求を送る。そして、サーバ側はハンドシェイク応答を返す。以下はHTTP/1.1の場合の例である。

ウェブブラウザが以下の要求をサーバ側に送る：

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

サーバ側は以下の応答を返す。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

ハンドシェイクはHTTPの様であるが、厳密には異なる。サーバ側は最初HTTPの要求として解釈し、そして、WebSocketへと切り替える。

URIスキーム

WebSocketプロトコルの仕様書はws: と wss:という2つの新しいURIスキームを定義している^[2]。

実装状況

クライアント

クライアント側は、Internet Explorer 10（含むモバイル）、Mozilla Firefox 6 (Firefox for Mobile 7)、Google Chrome 4 (含むモバイル)、Safari 5（含むiOS 4.2以降）、Opera 12.10（含むモバイル）、Android 4.4、BlackBerry 7（要設定）で実装されている。

実装状況

プロトコル	Internet Explorer	Mozilla Firefox	Google Chrome	Safari	Opera	Android
draft-hixie-thewebsocketprotocol-75			4	5.0.0
draft-hixie-thewebsocketprotocol-76 draft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-00		4（無効化）	6	5.0.1	11.00（要設定） Opera Mobileも要設定
draft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-07		6
draft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-10		7	14
RFC 6455	10	11	16	6	12.10	4.4

ウェブブラウザのプラグインを利用する物

• Adobe Flash - jWebsocket FlashBridge
• Silverlight - Microsoft WCF WebSockets、CodeProject記事（SuperWebSocket利用）^[3]

プロトコル上のSec-WebSocket-Version:とドラフト番号の対応関係は以下の通り。hybi-04からプロトコル上に対応するドラフト番号が現れるようになった。

Sec-WebSocket-Version:	ドラフト番号
4	hybi-04
5	hybi-05
6	hybi-06
7	hybi-07
8	hybi-08〜12
13	hybi-13〜17 RFC 6455

サーバ

• C/C++
  • libwebsockets
  • POCO C++ Libraries
  • Tufão
  • Boost.Beast
• Go
  • golang.org/x/net/websocket
• Haskell
  • websockets
• Java - Java EE 7 にて Java API for WebSocket (JSR 356) が追加された
  • Apache Tomcat 7
  • Atmosphere
  • GlassFish 3.1, Grizzly
  • JBoss 7
  • Jetty 7
  • jWebsocket
  • Netty 3.3
• .NET
  • ASP.NET Core^[4]
  • Fleck
  • Internet Information Services (IIS) 8, ASP.NET 4.5
  • SuperWebSocket
• Node.js
  • ws: a Node.js WebSocket library
  • Socket.IO
  • WebSocket-Node
• Objective-C
  • SocketRocket
• Perl
  • Mojolicious
  • PocketIO
• PHP
  • php-websocket
• Python
  • WebSocket-for-Python
  • txWS
• Ruby
  • websocket-ruby
• Scala
  • play framework2
• その他
  • apache-websocket

歴史的経緯

プロトコルは2011年5月の完成を目標に進められていたが^[5]、その期日を過ぎても仕様の改訂は続けられ、2011年7月11日に最終草案のdraft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-10が勧告^[6]されたが、さらにその後も改訂は続き、2011年9月30日に draft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-17がリリースされ、それが2011年12月11日にRFC 6455のproposed standard（標準化への提唱）となった。

2010年11月26日にdraft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-03やそれ以前のWebSocketのプロトコルにセキュリティホールが発見され^[7]、2010年12月に、一時的に、Firefox 4とOpera 11のWebSocketが無効になり、Chromeはプロトコル改訂よりも先に攻撃コードが出た場合は無効にするとしていた。Opera 11はopera:config#Enable%20WebSocketsを開き、設定を有効にすると利用可能。その後、2011年1月11日にdraft-ietf-hybi-thewebsocketprotocol-04が発表され、サーバにアップロード通信する際はプロキシを混乱させないために、通信内容をXORでマスキングさせる方法となった。2011年8月16日に再度WebSocketに対応させた、Firefox 6 がリリースされたが、まだ、仕様の改訂が続くという理由から、Firefox 10までは、MozWebSocketと頭にMozがつく形となった^[8]。Firefox for Mobileは7から対応^[9]。

ウェブブラウザで動作するJavaScript用のAPIの策定は、当初W3Cで行われていた。その後、HTML5とともにWHATWGに移ることとなった。

WHATWGでは、当初主にHTML Standard内でWebSocketのAPIが規定していた。その後、2021年に別個の仕様に分離することが提起され^[10]、WebSockets Standardが創設されることとなった。

関連項目

• Push技術
• Comet
• gRPC

参照

外部リンク

• IETF Hypertext-Bidirectional (HyBi) working group
  • RFC 6455
  • The WebSocket protocol - IETF でのインターネットドラフト
  • The WebSocket protocol (Network Working Group) - バージョン76にて廃止された Network Working Group の古いバージョン
• WebSockets Standard - WHATWGによるAPIの仕様
• W3Cの旧式の規定
  • The WebSocket API W3C Candidate Recommendation 20 September 2012 - API の W3C 勧告候補
  • The WebSocket API W3C Working Group Note, 28 January 2021 - 最終のワーキンググループノート
• www.websocket.org - WebSocket ウェブサイト
• Real-Time Web Test - Does your browser supports WebSockets?