WebSocket数据帧结构及数据传输原理

# 1. WebSocket简介

## 1.1 WebSocket的定义和作用

WebSocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议，它通过HTTP/1.1协议升级而来，能够在客户端和服务器之间建立持久性的连接，实现实时数据传输。

WebSocket协议的主要作用是解决HTTP协议的一些缺陷，例如：无法实现实时通信、每次通信都要发起新的HTTP请求等问题。

## 1.2 WebSocket与HTTP的对比

与HTTP协议相比，WebSocket协议有以下几点不同之处：
- WebSocket是一种持久性连接，适用于服务器向客户端推送实时数据的场景；
- WebSocket协议在建立连接时只需消耗较小的网络开销，之后可以进行双向通信；
- HTTP协议每次请求都要携带完整的Header信息，而WebSocket在连接建立后只需要传输少量的Header信息。

## 1.3 WebSocket的优势和应用场景

WebSocket的优势包括：
- 实时通信：能够实现客户端和服务器端的实时双向通信；
- 较少的网络开销：连接建立后只需要传输少量Header信息，减少网络开销；
- 丰富的应用场景：适用于在线游戏、在线聊天、股票行情实时推送等需要实时通信的场景。

在诸如在线游戏、即时聊天、在线股票行情推送等场景中，WebSocket都能够发挥重要作用，提供更加实时和高效的通信手段。

# 2. WebSocket数据帧结构

WebSocket数据帧是在WebSocket连接上传输数据的基本单位，它采用了一种特殊的数据帧结构来实现数据的传输和控制。本章将介绍WebSocket数据帧的结构和相关内容。

#### 2.1 WebSocket数据帧的基本结构

WebSocket数据帧由固定的格式组成，包括标志位、控制码、负载数据等部分。基本结构如下：

  0                   1                   2                   3
  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
 |F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
 |I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
 |N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
 | |1|2|3|       |K|             |                               |
 +-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
 |               Extended payload length continued, if payload len == 127              |
 + - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
 |                                                               |
 |                  Payload data (if any) ...                   |
 +---------------------------------------------------------------+

#### 2.2 WebSocket数据帧的标志位和控制码

WebSocket数据帧的标志位用于标识数据帧的类型