Websockets: Leichtgewichtige Verbindungen für Web-Applikationen

Websockets: Leichtgewichtige Verbindungen
LinuxTag 2013, 25.05.2013
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Websockets:
Leichtgewichtige Verbindungen
für Web-Applikationen

LinuxTag 2013, 25.05.2013
Über mich
● Stefan Neufeind
● Mit-Geschäftsführer der SpeedPartner GmbH aus Neuss
ein Internet-Service-Provider (ISP)
● Individuelle TYPO3-Entwicklungen
● Hosting, Housing, Managed Services
● Domains / Domain-Services
● IPv6, DNSSEC, ...
● Aktive Mitarbeit im Community-Umfeld (PHP/PEAR, TYPO3, Linux)
● Freier Autor für z.B. t3n, iX, video2brain, ...

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GET /2013/ HTTP/1.1
Host: www.linuxtag.org
Accept-Language: de,en;q=0.7,en-us;q=0.3
Accept-Encoding: gzip, deflate
[...]
„Klassische“ Kommunikation im WWW
Klassischer Fall für eine direkte http-Anfrage
1) Verbindung aufbauen
2) Anfrage senden
3) Antwort erhalten
4) Verbindung abbauen
HTTP/1.1 200 OK
Date: Sat, 25 May 2013 14:01:00 GMT
Content-Length: 245
Content-Type: text/html; charset=utf-8
[...]

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Einschränkungen bei klassischem http/https:
● Reines Anfrage-Antwort-Modell
● Kommunikation muss durch den Client ausgelöst werden
● Server kann nur eine einzige, unmittelbare Antwort liefern
● Verzögerungen durch z.B. Verbindungsaufbau / -abbau
Wünschenswert:
● Flexibilität
● Kommunikation durch Client oder Server
● Gesteuert durch Anforderungen (z.B. Ereignisse)
statt Anfrage-Antwort
● Effizienz
● Geringer Overhead
● Vermeidung/Reduzierung von Verzögerungen
Lösungsansätze:
● Polling
● Mehrteilige HTTP-Antworten
(„multipart“)
● Keepalive
● Alternative Techniken/
Protokolle (???)

LinuxTag 2013, 25.05.2013
Lösungsansätze:
● Polling
● Neuladen durch Client initiiert
● ggf. in einem frame/iframe oder per AJAX
● Mehrteilige HTTP-Antworten („multipart“)
● Server hält Verbindung offen und behält die Steuerung
● ggf. in einem frame/iframe
● Bei kleinen Datenmengen/Nachrichten großer Overhead
● Keepalive
● Nachwievor einzelne Requests notwendig
● Reduziert jedoch den Overhead für Verbindungsaufbau etc.
● Alternative Techniken/Protokolle
● Nutzung von z.B. Java oder Flash
● Kommunikation an http/https „vorbei“

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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, talk
Sec-WebSocket-Version: 13
Kommunikation per Websockets
Verlauf einer Websocket-Verbindung
1) Verbindung aufbauen
2) Anfrage senden
3) Antwort erhalten
4) Nutzung Websocket-Kanal
5) Verbindung abbauen
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept:
S3pPLMBiTxaQ9kYG
zzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat

LinuxTag 2013, 25.05.2013
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, talk
Sec-WebSocket-Version: 13
Verlauf einer Websocket-Verbindung
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept:
S3pPLMBiTxaQ9kYG
zzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat
Nach Request Upgrade der
Verbindung auf direkte Kommunikation
Eindeutiger Key pro Request,
üblicherweise UUID (128-bit)
Bestätigung des Upgrade Accept-Antwort durch Verknüpfung einer
festen GUID mit dem eindeutigen Key generiert
function key2accept($key) {
$guid = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
$composed = $key . $guid;
$hashed = sha1($composed, TRUE);
return base64_encode($hashed);
}

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Verbindungsaufbau:
● Protokollprefixe „ws://“ (http, Port 80, unverschlüsselt)
und „wss://“ (https, Port 443, verschlüsselt)
● Falls Proxy-Konfiguration auf Client erkannt Verwendung von „HTTP CONNECT“ für Tunnel
● Proxy-Support:
● https generell problemfreier als http (keine Prüfung der TLS-Inhalte durch Proxy)
● http erfordert für „HTTP Upgrade“ evtl. spezielle Konfiguration
● Sobald „HTTP Upgrade“ erkannt Durchleitung von Datenverkehr (passthrough, pipe)
● Nginx 1.4.0 (4/2013): Websocket-Support wird als „Feature“
● Varnish: Konfiguration einer Durchleitung per „pipe“ ausreichend
(https://www.varnish-cache.org/docs/3.0/tutorial/websockets.html)

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Protokollversionen beachten:
● Hixie-75: 2/2010
Chrome 4, Safari 5.0.0
● Hixie-76, hybi-00: 5/2010
Chrome 6, Safari 5.0.1, Firefox 4 + Opera 11.00 (standardmäßig deaktiviert)
● Hybi-07: 4/2011
Firefox 6
● Hybi-10: 7/2011
Firefox 7 (PC + Android), Chrome 14
● RFC 6455: 12/2011
IE 10, Firefox 11 (PC + Android), Chrome 16, Safari 6, Opera 12.10
Quelle Übersicht: http://en.wikipedia.org/wiki/WebSocket
● Versionen untereinander teils stark inkompatibel (Header, Keys, ...)

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Websockets vs. WebRTC ?
Unterschiedliche Ansätze:
● Websockets:
Kommunikation zwischen Client und Server
● WebRTC:
Realtime-Kommunikation zwischen Clients (P2P)
● Bereits in 2010: Demo für Client-Server-Videokonferenz per MediaStreamTransceiver
● Bisher keine allgemeine Lösung für Audio/Video per Websockets verfügbar
● WebRTC kann Websockets zum Verbindungsaufbau und Statusaustausch nutzen

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Websocket auf dem Client
Native Nutzung per JavaScript möglich:
try{
var socket;
var host = "ws://localhost:8000/socket/server/startDaemon.php";
var socket = new WebSocket(host);
message('Socket Status: '+socket.readyState);
socket.onopen = function(){
message('Socket Status: '+socket.readyState+' (open)');
}
socket.onmessage = function(msg){
message('Received: '+msg.data);
}
socket.onclose = function(){
message('Socket Status: '+socket.readyState+' (Closed)');
}
} catch(exception){
message('Error'+exception);
}
0 = CONNECTING
1 = OPEN
2 = CLOSED
Quelle: http://net.tutsplus.com/tutorials/javascript-ajax/start-using-html5-websockets-today/

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Unterstützung durch Frameworks
z.B. per Socket.IO: http://socket.io/
● Server (Node.js) sowie Client
● Fallbacks-Lösungen für auch für ältere Browser
● WebSocket
● Adobe Flash Socket
● AJAX long polling
● AJAX multipart streaming
● Forever Iframe
● JSONP Polling
● Breite Browser-Unterstützung:
● Internet Explorer 5.5+
● Safari 3+
● Google Chrome 4+
● Firefox 3+
● Opera 10.61+

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Unterstützung durch Frameworks
z.B. per Wrench: http://wrench.readthedocs.org/en/latest/
● Server (PHP)
● Client nativ
z.B. per Ratchet: http://socketo.me/
● Server (PHP)
● Client nativ; Flash-Fallback z.B. per web-socket-js (https://github.com/gimite/web-socket-js)
#!/usr/bin/env php
<?php
require(__DIR__ . '/lib/SplClassLoader.php');
$classLoader = new SplClassLoader('Wrench', __DIR__ . '/lib');
$classLoader->register();
$server = new WrenchServer('ws://0.0.0.0:8080/', array(
'allowed_origins' => array('bohuco.net'),
));
$server->registerApplication('echo', new WrenchApplicationEchoApplication());
$server->run();
Quelle Übersicht: http://bohuco.net/blog/2012/12/wrench-the-new-html5-websocket-class-hero-for-php/

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VNC-Client mit Websockets
noVNC: http://kanaka.github.io/noVNC/
● Nutzung von Websockets und Canvas
● Verschlüsselte Übertragung
● Keine Plugins o.ä. erforderlich
● Verwendung z.B. innerhalb
des Ganeti Web Manager
(https://code.osuosl.org/projects/51/wiki/VNC)

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Fazit
Vorteile:
● Flexible Möglichkeit zur Kommunikation
● Geringe Datenmenge
● Geringe Last für Server und Client (im Gegensatz zu Polling)
● Direkte Möglichkeit für Rückmeldungen durch den Server (dauerhafte Verbindung)
Kritik:
● Browser-Unterstützung noch nicht „überall“ gegeben
● Unterschiedliche Protokollversionen (ältere Browser)
● Security bei „Passthrough“-Verbindungen (?)
Lösungen/Kompromisse:
● Nutzung von Frameworks mit „Fallback-Lösungen“
● Nutzung in kontrollierter Client-Umgebung (Intranet, ...)

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Kontakt
Danke fürs Zuhören
sowie
viel Erfolg beim Testen
Link zu den Slides: http://talks.speedpartner.de/
Bei Fragen stehen wir selbstverständlich gerne zur Verfügung:
Stefan Neufeind, neufeind@speedpartner.de
SpeedPartner GmbH, http://www.speedpartner.de/

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