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Sockets• Rückblick: Vorlesung Datenkommunikation

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Sockets• Die wichtigsten Eigenschaften

• reservierter Bereich im Arbeitsspeicher• Kommunikationsendpunkt• Austausch von Daten

• In Rechnernetzten• Zwischen Prozesse (Interprozesskommunikation)• Bidirektional

• seit 1983 Standard

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Agenda• Das HTTP Protokoll• Interaktivität und Echtzeitfähigkeit im Web• HTML5 WebSockets• Die Client API• Server Implementierungen• WebSockets in der Praxis• Ausblick und Fazit

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Hypertext Transfer Protocol• Request-Response-Nachrichtenaustausch

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Hypertext Transfer Protocol• Kommunikationsfluss des Protokolls

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Hypertext Transfer Protocol• Kommunikationsfluss des Protokolls

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Hypertext Transfer Protocol• Einschränkungen

• Kommunikation kann nur vom Client aus initiiert werden• Keine native Unterstützungen für bidirektionale Kommunikation• Codierung der Protokollelemente erfolgt als Text• Großer Overhead• „Zustandslosigkeit“ bzw. „Gedächtnislos“

Keine Interaktivität und Echtzeitfähigkeit (nativ) möglich

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Lösungsansätze• Wie kann Interaktivität und „Echtzeitfähigkeit“ erreicht

werden?• Plug-in basierte Ansätze (Browser)• XmlHttpRequest• Polling und Long-Polling• Comet• Server-Sent Events

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Lösungsansätze - SSE

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Request Response

Lösungsansätze?• Nachteile der Implementierungen

• (noch) Hoher Overhead / Datenmengen• nur „konstruierte“ Lösungsansätze• oft nur „scheinbare“ Verbindung von Server zu Client

(Quasiinteraktivität)• Schwächen bei der Kommunikationskontrolle• Fehlerbehandlung• Fehlende Spezifikationen

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HTML5 WebSockets• Ursprünglich von Google vorgeschlagen (2009)• Standard RFC 6455 (2011) besteht aus

• Protokollspezifikation• JavaScript Webbrowser API

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HTML5 WebSockets• Verbindungsaufbau (Opening Handshake)

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HTML5 WebSockets• Der „Sec WebSocket Accept“ Mechanismus

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HTML5 WebSockets• Der „Sec WebSocket Accept“ Mechanismus

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HTML5 WebSockets• Das Protokoll (Frame)

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HTML5 WebSockets• Das Protokoll (Frame)

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HTML5 WebSockets• Operation Codes

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Code Frame0x0 Fortsetzung Frame

0x1 Textframe

0x2 Binärframe

0x3 bis 0x7 Reserviert für weitere Non-Control-Frames

0x8 Connection Close Frame

0x9 Ping Frame

0xA Pong Frame

0xB bis 0xF Reserviert für weitere Control Frames

HTML5 WebSockets• Fragmentierung (Stückweise Übertragung der Nutzdaten)

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HTML5 WebSockets• Maskierung (mittels XOR)

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HTML5 WebSockets - Datenframes

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Server Client Client Server

HTML5 WebSockets• Der Verbindungsabbau (Statuscodes)

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Code Bedeutung1000 Normal Closure

1001 Going Away

1002 Protocol Error

1003 Unsupported Data

1004 Reserved

1005 No Status Recieved

1006 Abnormal Closure

1007 Invalid Frame Payload Data

1008 Policy Violation

1009 Message Too Big

HTML5 WebSockets - Close

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Server beendet Client beendet

HTML5 WebSockets• Beispiel Kommunikation (Traffic Analyse)

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WebSockets - Implementierungen• Client

• JavaScript Webbrowser API • (Bestandteil des Standards)

• Server• Socket.IO• Websocket-PHP• Vert.x• …

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Die Client API• Browsersupport

• Beispiele: Chrome ab V. 16, FF ab V. 11, IE ab V. 10

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Die Client API• Grundlegendes Namensschema

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Bestandteil Bedeutungws oder wss Protokoll

host Server

port Beliebiger Port (auch 80 grundsätzlich möglich)

path Pfad auf Dateisystem

query Optionale Parameter

Die Client API• WebSocket-Objekt Erzeugung

• Notation

• Beispiel

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Die Client API• Objektzustände

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Intern Zustand Beschreibung0 CONNECTING Verbindungsaufbau läuft

1 OPEN Verbindung hergestellt

2 CLOSING Abbau läuft derzeit

3 CLOSED Verbindung geschlossen (oder konnte nicht aufgebaut werden)

Die Client API• Eventhandler

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Handler Event Wird getriggert, wenn …onopen open WS-Objekt in den Zustand OPEN wechselt

onerror error - Verbindungsfehler- Übertragungsfehler

onmessage message Nachricht empfangen wurde

onclose close - Verbindung geschlossen wird- Verbindung nicht aufgebaut werden konnte

Die Client API• Weitere Attribute eines WS-Objektes

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Attribut BeschreibungbinaryType:DOMString Typ der Binärdaten (Blob oder ArrayBuffer)

bufferedAmoung:long Anzahl der Bytes in der Warteschlange

extensions:DOMString Erweiterungen, die vom Server ausgesucht wurden

protocol:DOMString Aktuell genutztes Subprotokoll

url:DOMString URL der Verbindung

Die Client API• Die send(…) Methode zur Datenübertragung

• Parameter: Text

• Parameter: Binär (Blob)

• Parameter: Binär (ArrayBuffer)

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Die Client API• Verbindung schließen

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Attribut Beschreibungcode:long Close Status Code

reason:DOMString Textnachricht als Grund für die Beendigung der Verbindung

wasClean:boolean Bestimmt, ob die Verbindung ordnungsgemäß geschlossen wurde

Die Client API• Beispiel Anwendung „Chatserver“

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Server Implementierungen• Übersicht

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Name Sprache

SuperWebSocket .NET

libwebsockets C++

Vert.x CoffeScrip, Groovy, Java, JavaScript, Python, Ruby

jWebSocket Java, JavaScript

Socket.IO Node.jsphpwebsocket PHPAutobahn Python… …

Server Implementierungen• Beispiel anhand des Frameworks WebSockets-PHP

• Open Source• Eine Hauptklasse „WebSocketServer“ (588 LoC)• einfache Klasse „User“ bereits integriert• Eigene WS-Klasse einfach von Vorgabe ableiten

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Server Implementierungen• Beispiel Anwendung „Chatserver“

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WebSockets in der Praxis• Performance im Web

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WebSockets in der Praxis• Performance und Overhead Vergleich mit Polling

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WebSockets in der Praxis• Aspekte der IT Sicherheit

• Same Origin Policy• SSL bzw. TLS• Authentifizierung

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WebSockets in der Praxis• Verhalten gegenüber den „gängigen“ Attacken

• Denail-of-Service• Man-in-the-Middle• Network Scan• Port Scanner

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Fazit• Verbesserungen die WebSockets bringen

• Performance• Echte Interaktivität zwischen Server und Client• „Echtzeitfähigkeit“• gelten allgemein als „sicher“• einfache Verwendung

• Nachteile• Mögliche Probleme bei Verwendung eines Proxys im System

• Cache• Anonymisierung oder Filtern• Überwachung

• „Browsersupport“

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Ausblick• Große Veränderungen im heutigen Web

• Komplexere Webseiten• Größere Datenmengen und Traffic• Mobile Endgeräte

HTTP 2.0SPDY („Speedy“, von Google)Stream Control Transmission Protocol

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WEBSOCKETSVielen Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Quellenhttp://websockets101.orghttp://websockets.orghttps://github.com/ghedipunk/PHP-WebSockets