WebSocketのキホン

WebSocketのキホン

NTTアドバンステクノロジアプリケーションソリューション事業本部

情報機器テクノロジセンタきんじょうゆう

金城雄

2011/12/16HTML5+IE9 Web Camp 2 with html5j.org

きんじょうゆう金城雄NTTアドバンステクノロジ

NTT-ATアプリケーションソリューション事業本部情報機器テクノロジセンタ所属

gihyo.jpJettyで始めるWebSocket超入門

自己紹介

http://gihyo.jp/dev/feature/01/websocket より引用

本番で使用したスライドをオンラインで公開します

http://www.slideshare.net/You_Kinjoh/

※ 発表資料は修正される可能性があります※ イベントのサイトからも公開される予定だそうです

資料について



表記が揺れていますが、この資料ではWebSocketで統一します

WebSocket Web Socket WebSockets Web Sockets

お断りその1

話をわかりやすくするために、この資料では、

Clientは単にブラウザのことを指します

※ HTTPによる通信がブラウザとWeb Server間に限らないことと同様に、

WebSocketによる通信はブラウザとWebSocket Server間以外でも行えます。

お断りその2

•DEMO•Client・Server間の通信の歴史•Ajax・Comet・WebSocketを比較•WebSocketの歴史の概要•なぜWebSocketなのか•今すぐ使える技術なのか

本日の内容

無線LANWebSocketServer

iPhoneSafari

JavaScript

WebSocket加速度センサ

Windows8IE10

JavaScript

WebSocketCanvas

加速度データ転送

WebSocketWebSocket

無線LAN

MacAppJava

WebSocket画面キャプチャポインタ移動

Windows8IE10

JavaScript

WebSocketマウス操作

キャプチャ表示

画面キャプチャ・マウス操作データ転送

WebSocketWebSocket

WebSocketServer


本日の内容

Client・Server間の通信の歴史

•HTTPはリクエスト/レスポンス型•画面の書き換えには再読み込みや画面遷移が必要

静的なウェブページ○△□のホームページ

あなたは00112人目の訪問者ですキリ番の方は連絡ください

100番目は〇〇さんでした！

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ホームに戻る1996年7月の日記

1996年7月10日今日は朝から天気が良かったので、友達と買い物に行きました。何を買った知りたいですか？フフフ　ナイショです！！！

1996年7月13日3日ぶりの更新です！と言いつつ何も書くことがありません・・・見にきてくれている人、ごめんなさいm(_ _)m

リンクをクリック

ServerRequest Response

•JavaScriptの登場によるDHTML•情報は最初から埋め込まれている•新しい情報を得るには画面遷移が必要

動的なウェブページ○△□のホームページ

ココをクリックするとヒミツのメッセージが表示されます！

あ！見られちゃいましたね！

ようこそ○△□のホームページへ！

○△□のホームページ

ココをクリックするとヒミツのメッセージが表示されます！

あ！見られちゃいましたね！

ようこそ○△□のホームページへ！非表示

クリックすると表示

クリック

•metaタグやJavaScriptによるリフレッシュ•新しい情報を得るには再読み込みが必要•通信の起点はClient

定期的な更新チャットルーム

09:25 佐藤こんにちは！━━━━━━━━━━━━━━━━━━09:26 山田おひさ

チャットルーム

09:25 佐藤こんにちは！━━━━━━━━━━━━━━━━━━09:26 山田おひさ━━━━━━━━━━━━━━━━━━09:27 佐藤おひさ！━━━━━━━━━━━━━━━━━━09:27 鈴木おおお！久しぶり！

山田名前

発言発言

山田名前

発言発言

リフレッシュすると更新全て読み込まれる

ServerRequest 09:25 佐藤こんにちは！

09:26 山田おひさ09:27 佐藤おひさ！09:27 鈴木おおお！久しぶり！

Response

一定間隔で再読み込み

•隠しiframeを使ってサーバと通信する方法が発明された•画面遷移なしに新しい情報を取得できるようになった•通信の起点はClient

ページ内の非同期通信チャットルーム

09:25 佐藤こんにちは！━━━━━━━━━━━━━━━━━━09:26 山田おひさ



山田名前

発言発言

山田名前

発言発言

iframe

JavaScriptで非表示iframeを生成

09:27 佐藤おひさ！09:27 鈴木おおお！久しぶり！

差分コンテンツ取得

JavaScriptでコンテンツ反映

ServerRequest 09:27 佐藤おひさ！

09:27 鈴木おおお！久しぶり！Response

•通信を行うXMLHttpRequestオブジェクトが追加•サーバとの通信が容易になった•通信の起点はClient

Ajaxの誕生

※ Ajax Comet WebSocketの詳細な比較は後ほど...


09:25 佐藤こんにちは！━━━━━━━━━━━━━━━━━━09:26 山田おひさ



山田名前

発言発言

山田名前

発言発言

差分コンテンツ反映

Server09:27 佐藤おひさ！09:27 鈴木おおお！久しぶり！

Response

var xhr=new XMLHttpRequest();...xhr.send(...);

Request

XMLHttpRequestで非同期通信開始

•Ajax等を駆使し実現した疑似サーバプッシュ技術•応答を遅延させるという発想の転換•接続の起点はClient 情報配信の起点はServer

Cometの発明



09:25 佐藤こんにちは！━━━━━━━━━━━━━━━━━━09:26 山田おひさ



山田名前

発言発言

山田名前

発言発言

コンテンツを逐次反映

Server09:27 佐藤おひさ！Response

var xhr=new XMLHttpRequest();...xhr.send(...);

Request

XMLHttpRequestで非同期通信開始

応答をすぐには返さない09:27 鈴木おおお！久しぶり！

•新たにWebSocketオブジェクトが追加•サーバプッシュが容易になった•接続の起点はClient 情報配信は双方向

WebSocketの誕生


09:26 山田おひさ

チャットルームチャットルーム


山田名前

発言発言

山田名前

発言発言

コンテンツを逐次反映

Server09:25 佐藤こんにちは！send

var ws=new WebSocket(...);...ws.send(...);

Connect

WebSocketで非同期通信開始

09:27 佐藤おひさ！09:27 鈴木おおお！久しぶり！

双方向通信

通信技術の発明と実装動的なページを作成できるJavaScriptの誕生

需要 : 画面遷移せず通信したい

隠しiframeによる非同期通信の発明

問題や限界 : 複雑で簡単に使えない

非同期通信のできるXMLHttpRequestの誕生需要 : サーバプッシュがしたい

Cometによる疑似サーバプッシュの発明

問題や限界 : 複雑で簡単に使えない

サーバプッシュのできるWebSocketの誕生

需要 : ???

新技術

工夫

新技術

工夫

新技術

旧来のページ問題や限界 : ページが動的でない

ここまでのまとめ静的なウェブページ

動的なウェブページ

定期的な更新

ページ内の非同期通信

Ajaxの誕生

Cometの発明

WebSocketの誕生

新技術

既存の技術内で新手法の発明

既存の枠組みの問題や限界新たな需要


本日の内容

AjaxComet

WebSocket

電話☎で例えると...

新しい情報をもらえないパターン

新しい情報をもらえるパターン

Ajax☎リリリリリ～ン

はい

☎リリリリリ～ン

はい

新しい情報をください

新しい情報が2件ありました

ありがとうございます ☎ガチャ


新しい情報はありませんでした


一定時間経過(例えば1分)

Client Server


Comet☎リリリリリ～ン

はい

・・・・・


ちょっと待ってください

あのぉ・・・


もうちょっとまだですか?

・・・・・・・・・・


新しい情報が来ました!!!

はい

Client Server



はい

・・・・・



あのぉ・・・



・・・・・・・・・・

・・・・・あのぉ・・・

☎ツーッツーッツーッ

あっ!あっ!

Client Server

電話は繋げたまま


電話は切らずにお待ちください


ありがとうございます!!!

・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・



こちらも情報を提供します!!!

おおっ!

Client Server

WebSocket

Request/Response型のアーキテクチャ•要求に対して応答返す様式•Server側からClientに直接送信ができない•ClientがFireWallの背後にいるため•電話で例えると、着信拒否をかけられているようなもの

HTTPについて

それぞれの接続方法の特徴

•接続の継続性•接続処理のコスト•双方向性•リアルタイム性

Ajax•接続1回に対して、情報の取得処理は多くて1回•Clientは定期的にServerに接続を行う※1

Comet•Serverは応答を返すのをできるだけ引き延ばす※2

•Web Serverの本来の動作に反する※3

•引き延ばせる時間に上限があるため、再接続が必要WebSocket•一度接続してしまえば、繋ぎっぱなしにできる•接続が切れない限り、再接続が不要

接続の継続性

※1 ポーリングと言います※2 ロングポーリングと言います※3 リクエストに対してできるだけ速くレスポンスを返すのが本来の動作

接続処理は負荷が高い※1

•AjaxとCometでは高頻度で発生•WebSocketでは一回のみ

接続処理のコスト

※1 通信したい情報に対してHTTP Headerが大きい

Serverにとっても負荷が高い

☎ピッポッパッポッパッ

待って!

はい! サーバです!

もしもし

☎ガチャ

ハイハイハイ☎リリリ～ン

☎リリリ～ン

Client Server

電話だ!☎リリリ～ン

Ajax•Client側からのみリアルタイムに送信が可能•Server側の情報は、Clientが取得しにいく必要がある•Server側に届いた情報をClientに即時反映できない•Client側からの送信は、別処理として書くことが多い

Comet•Server側からリアルタイムに送信が可能•Client側からの送信はAjaxで別に行う※1

WebSocket•Server/Clientの双方からリアルタイムに送信が可能•接続の確立はClientから行う必要がある

双方向性とリアルタイム性

※1 Cometのみで双方向通信する方法もありますが、話を単純化するために省略します

それぞれの接続方法の特徴

•接続の継続性•接続処理のコスト•双方向性•リアルタイム性

これらを考慮しもう一度電話の例を見てみます



Ajax☎リリリリリ～ン

はい


はい


新しい情報が2件ありました



新しい情報はありませんでした


一定時間経過(例えば1分)

Client Server

高い負荷

高い負荷空白時間

無駄な接続も発生



はい

・・・・・



あのぉ・・・



・・・・・・・・・・



はい

Client Server

高い負荷

高い負荷

通知があるまで待機

受信したら即切断

情報は一方向



はい

・・・・・



あのぉ・・・



・・・・・・・・・・

・・・・・あのぉ・・・

☎ツーッツーッツーッ

あっ!あっ!

Client Server

高い負荷

高い負荷

無駄な接続も発生

通知があるまで待機

通話時間の上限

情報は一方向

電話は繋げたまま

WebSocket☎リリリリリ～ン

電話は切らずにお待ちください



・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・



こちらも情報を提供します!!!

おおっ!

Client Server

高い負荷

双方向性

再接続せずに送信

openrequestresponseclosetimeout

client server

connection

Ajax

openrequestresponseclosetimeout

client server

connection

Comet

openfrom Clientfrom Serverclosetimeout

client server

connection

WebSocket

WebSocketCometAjax

Ajax•負荷が高い•サーバ側の情報取得は定期的•クライアント側の情報送信は別接続で行うことが多い

Comet•負荷が非常に高い•サーバ側の情報取得はリアルタイム•クライアント側の情報送信は別接続のAjax

WebSocket•負荷が小さい•サーバ側の情報取得はリアルタイム•クライアント側の情報送信も同じ接続内(双方向通信)

ここまでのまとめ


本日の内容

その前に仕様の説明

API•ブラウザからWebSocketを使うための仕様•AjaxでいうXMLHttpRequestに相当•W3Cが策定に関与•現在勧告候補

Protocol•WebSocketの通信プロトコル•ライブラリやブラウザを作るために必要•AjaxでいうHTTPプロトコルに相当•IETFが策定に関与•2011/12/11にRFCの標準化提案になった

2つの仕様

Protocolのバージョン•ドラフトのバージョン間で互換性がない•RFC化されたので、混乱も終息するはず

Protocolのセキュリティホール•古いドラフトにはセキュリティホールがあった•新しいドラフトでは解決済み•まだ古いProtocolを使っているブラウザがある

インターネット上の情報は、まだドラフトの情報ばかりのため、少し歴史を把握していると理解しやすい

これまでの歴史の概要

※ ドラフト(draft)とは草案のことで、最終決定していない仕様です


本日の内容

サーバ側から情報を送るにはrequest/responseでないと届きにくい

よくあるネットワーク構成

Client Serverrequest

response

send

send×

FireWallNATProxy

HTTPが一番届きやすい

通過しやすいProtocolは?

Client Server

HTTP

Telnet ×FTP ×etc. ×

FireWallNATProxy

Comet•HTTP上でlong polling•制御はプログラマやライブラリ

チャットアプリケーションや映像配信•リアルタイムなProtocolに見える•実は裏で、AjaxやCometと同じような処理

一部のProtocol•HTTP以外のProtocolを使用•ネットワークの設定が必要

サーバ側からリアルタイムな配信が可能なこれまでの技術

•利用するPort番号はHTTP/HTTPSと同じ※1

•接続処理にHTTPを使う•接続時のヘッダはほぼHTTP•セキュアなWebSocketを使うと更に通過しやすい※2

•Upgradeという処理を経てWebSocketに変更•ネットワーク機器からはHTTPに見える•ネットワークの設定変更の必要がほとんどない•ただし、脆弱性対策のためHTTPとの互換性が若干低下

WebSocketとHTTPの関係

※1 現在の仕様では80番と443番※2 接続にHTTPSを使うことでBody部が隠匿されるため

•HTML5関連技術として策定されている•各ブラウザがWebSocketへの対応を進めている•ブラウザをバージョンアップするだけで良い•ブラウザ上のJavaScriptからもAPI経由で使える•バイナリも扱える•標準仕様で双方向通信ができるのはWebSocketが初•ウェブアプリケーションの通信部分の基礎になる可能性

WebSocketとブラウザの関係

ブラウザの対応状況

SafariFirefoxOperaIE Chrome

draftversion

hixie 75 5.0.0 4

hixie 76hybi 00

11(無効※2)

4(無効※2) 5.0.1 6

hybi 07 6(Moz※3)

hybi 09

hybi 10(Last Call)

10(PP3※1)

7(Moz※3) 14

hybi 17(最新)

16(Beta)

SafariFirefoxOperaIE Chrome

※1 Platform Preview 3※2 configで設定を変更する必要がある(設定画面ではない)※3 ベンダープレフィックスが必要

WebSocketとHTTPの関係•ネットワーク機器からはHTTPに見える•ネットワークの設定変更の必要がほとんどない

WebSocketとブラウザの関係•各ブラウザが対応を進めている•JavaScriptからも使える•ウェブアプリケーションの通信の基礎

つまり、既存の環境との互換性が考慮されている

ここまでのまとめ


本日の内容

WebSocketは今すぐ使える技術?

ブラウザの対応がまだ完全には出揃っていない•IE10のリリースで、主要なモダンブラウザが全部出揃う

ブラウザのWebSocketの仕様はドラフト•ドラフトのバージョン間に互換性がない

ノウハウがまだ十分ではない•ノウハウを自分達で貯めるのか、他の人に依存するのか

今すぐ使える技術?

商用で本格的に使うにはまだそこそこリスクが高い

クリティカルなシステムを避ける•実験的なサービスであれば...

エラーのハンドリングをしっかり!•Comet等にFallbackする仕組み等•Cometでも耐えられる負荷に抑える工夫

ClientのDraftのバージョンを制限•ネイティブアプリやFlashでWebSocket

個人で遊ぶなら十分使える•遊んでノウハウを得るのはとても有用

どうしても使いたい場合

ピグライフ•アメーバピグ内のソーシャルゲーム•ClientにはFlashを使用

WebSocketが使えるホスティングサービス•Pusher ← 下りのみWebSocket•Joyent, Node Ninja etc.

Windows•IIS,WCF,IE等でWebSocketへの対応を進めている

商用で使用している例

DEMO•ローカルネットワークでのデモ

Client・Server間の通信の歴史•新技術の誕生と新手法の発明の繰り返し

Ajax・Comet・WebSocketを比較•WebSocketは低負荷でリアルタイムな双方向通信

WebSocketの歴史の概要•RFC化されたので混乱も終息していくはず•今学ぶなら、歴史を知っておくと理解しやすい

まとめその1

なぜWebSocketなのか•既存のネットワーク環境が使える•JavaScriptから扱える

今すぐ使える技術なのか•商用利用にはまだ少し早い•条件を満たせば...•商用例も出てきている

まとめその２

ご清聴ありがとうございました

WebSocketのキホン

Technology

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