WebSocket ist ein Kommunikationsprotokoll, das eine zweiseitige Datenübertragung ermöglicht und für die Übermittlung und den Empfang von Daten eine einzelne TCP-Verbindung nutzt.
Technisch betrachtet ermöglicht WebSocket eine Vollduplex-Kommunikation zwischen Server und Client, was einen Datenaustausch in Echtzeit gestattet. Anfänglich ähnelt es dem HTTP-Protokoll, bietet jedoch weitergehende Vorteile und wird in anderen Anwendungsbereichen eingesetzt.
Ähnlich wie Sie in die Adresszeile Ihres Browsers https:// oder http:// eingeben, um eine Verbindung zu einer Website aufzubauen, verwendet WebSocket ein eigenes Schema, nämlich ws: oder wss:, die Sie jedoch nicht im Adressfeld eines Browsers verwenden können.
Wenn Sie als Benutzer über einen Browser mit einer App oder einem Dienst interagieren, werden Sie den Unterschied nicht bemerken und müssen dies auch nicht.
Für Entwickler ist es jedoch nützlich, sich genauer mit WebSocket zu befassen. Im Folgenden werden einige grundlegende Aspekte beleuchtet, zusammen mit Empfehlungen für WebSocket-Server, die Sie nutzen können.
WebSocket im Vergleich zu HTTP
Bevor Sie WebSocket weiter erforschen, ist es wesentlich, die Unterschiede zu HTTP zu verstehen.
| WebSocket | HTTP |
| Bidirektionale Kommunikation | Unidirektionale Kommunikation |
| Der Server muss nicht auf eine Anfrage des Clients warten, um Daten zu senden, sobald die Verbindung aufgebaut ist. | Der Server muss warten, bis der Client Daten anfordert, was den Aufbau mehrerer Verbindungen notwendig macht. |
| Eignet sich für Webanwendungen in Echtzeit, Chat-Anwendungen oder Spiele. | Geeignet für Anwendungen, die keine bidirektionale Kommunikation erfordern. |
| Die Verbindung bleibt bestehen, bis sie vom Client oder Server beendet wird. | Die Verbindung wird nach jeder Anfrage bzw. Antwort vom Client oder Server geschlossen. |
| Beispiele: Multiplayer-Spiele, Messaging-Apps, Börsendatenbank | Beispiele: Google-Suche, soziale Medien und Browserbenachrichtigungen. |
Wie arbeitet ein WebSocket-Server?
Ein WebSocket-Server empfängt Anfragen über einen Port eines TCP-Servers.
Der Server ist wesentlich für den Aufbau der Verbindungen. Dazu führt er folgende Aufgaben aus:
- Interpretiert die Anfragen des Clients.
- Sendet eine Antwort vom Server an den Client.
- Verwaltet die verbundenen Clients.
- Liest die verschlüsselten Daten, die vom Client gesendet werden, und entschlüsselt sie.
Für ein tiefergehendes Verständnis der Erstellung und Programmierung von WebSocket-Servern können Sie die offizielle Dokumentation von Mozilla konsultieren.
Wie funktioniert eine WebSocket-Serververbindung?
Nachdem Sie nun die Grundlagen des WebSocket-Protokolls und seines Servers verstehen, stellt sich die Frage, wie das Ganze in der Praxis funktioniert.
Die Initialisierung einer WebSocket-Verbindung erfordert zunächst eine HTTP-Verbindung.
HTTP setzt den Prozess in Gang, obwohl es nicht die Hauptrolle spielt. Der gesamte Ablauf lässt sich vereinfacht in drei Schritte gliedern:
- Der Client sendet eine HTTP-Verbindung mit spezifischen Headern an den Server, die eine Protokollaktualisierung anfragen.
- Der Server antwortet auf diese Anfrage und signalisiert den Wechsel zu einem WebSocket-Protokoll.
- Anschließend verifiziert der Client die Aktualisierung der Verbindung und bereitet sich auf den Datenaustausch vor.
Wenn Sie sich eingehender mit der Funktionsweise, dem Sicherheitsmodell, den Client-/Serveranforderungen und weiteren Details beschäftigen möchten, können Sie die Dokumentation des Internet Standards Track einsehen.
Warum werden WebSockets für Echtzeitverbindungen bevorzugt?
WebSockets wurden aufgrund der Einschränkungen des HTTP-Protokolls entwickelt.
HTTP-Verbindungen sind unidirektional, das heißt, Sie müssen warten, bis eine Anfrage vollständig bearbeitet wurde, bevor Sie eine neue starten können.
Es gibt einen Workaround, bekannt als Long-Polling, der jedoch die HTTP-Anfrage mit einem langen Timeout-Zeitraum erstellt. Der Server nutzt diesen Timeout, um zu warten und die Daten ohne erneute HTTP-Anfrage zu übertragen.
Dies belastet jedoch die Serverressourcen auch dann, wenn kein Datenaustausch stattfindet.
Bei Echtzeitverbindungen sind Wartezeiten nicht akzeptabel. Die Daten müssen kontinuierlich vom Server fließen, um den Anforderungen des Clients gerecht zu werden.
WebSockets bieten eine Vollduplex-Verbindung, die so lange aktiv bleibt, bis die Verbindung vom Server oder Client getrennt wird.
Dies ermöglicht eine zuverlässige und bidirektionale Kommunikation, was die Entwicklung von Echtzeitanwendungen vereinfacht.
Wenn Sie die gleichen Vorteile für Ihre Anwendungen nutzen möchten, finden Sie hier einige hervorragende WebSocket-Serveroptionen:
Soketi
Soketi ist eine einfache, kostenlose Open-Source-Lösung, die es Ihnen erlaubt, sich auf die Serverarchitektur zu konzentrieren. Ziel ist es, ein schneller WebSocket-Server zu sein, der mit Pusher kompatibel ist und gleichzeitig eine integrierte App-Verwaltung bietet.
Es wird auch ein serverloses WebSocket-Angebot bereitgestellt, das auf Cloudflare-Mitarbeitern bereitgestellt werden kann. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels befand es sich in der offenen Beta-Phase.
Soketi ist eine gute Wahl, wenn Sie einen WebSocket-Server mit maximaler Anpassungsfähigkeit auf Ihrem Server bereitstellen möchten.
Leider werden keine On-Premise- oder Managed-Lösungen angeboten.
Socket.io
Socket.IO ist ein weiteres Open-Source-Projekt, das einen Kommunikationskanal mit geringem Overhead zwischen Server und Client bereitstellt.
Es bietet Fallback-Unterstützung für HTTP-Long-Polling bei Verbindungsverlust und versucht automatisch, die Verbindung wiederherzustellen.
Zudem ist es mit Deno kompatibel, einer modernen Laufzeitumgebung für JavaScript und TypeScript, die in Rust entwickelt wurde.
Socket.IO ist ein sehr beliebter WebSocket-Server, den Sie kostenlos auf Ihrem Server verwenden können. Für weitere Informationen können Sie der offiziellen Dokumentation folgen, da kein Bereitstellungsdienst vor Ort angeboten wird.
Pie Socket
Wenn Sie eine WebSocket-Lösung für Ihr Unternehmen suchen und bereit sind, dafür zu bezahlen, ist Pie Socket eine ausgezeichnete Option.
Pie Socket ist ein Premium-Angebot, das von Firmen wie RedHat und Akamai genutzt wird.
Es bietet eine WebSocket-API für mobile, Desktop- und IoT-Geräte. Sie können Ihre bevorzugte Serverregion wählen, Blockchain-Unterstützung erhalten und priorisierten Kundensupport nutzen.
Pie Socket bietet eine 14-tägige Testversion (ohne Kreditkarte) zum Ausprobieren an.
SocketCluster
SocketCluster ist ein interessantes Toolkit, das auch für Kubernetes bereitgestellt werden kann.
Es unterstützt JWT-Authentifizierung, ermöglicht Überwachung und Drosselung von Datenströmen und hilft, Speicherlecks zu vermeiden. SocketCluster garantiert die Nachrichtenreihenfolge und lässt sich einfach bereitstellen und skalieren.
ws
ws ist eine Node.js-WebSocket-Bibliothek, die einfach zu bedienen ist und eine schnelle Client-/Server-Implementierung bietet.
Es handelt sich um einen sehr beliebten WebSocket-Client und -Server für Node.js-Anwendungen, der viele Funktionen unterstützt. Ein weiteres kostenloses Open-Source-Projekt, das Sie nach Ihren Bedürfnissen nutzen können.
Cowboy
Cowboy ist ein einfacher, schneller HTTP-Server mit WebSocket-Unterstützung, der mit Erlang-Code geschrieben wurde.
Die Verwendung von Erlang macht es besonders wertvoll für den Aufbau von Echtzeitanwendungen, die hohe Verfügbarkeit erfordern. Es kann beispielsweise in Bank- und E-Commerce-Systemen eingesetzt werden.
Sockette
Sockette ist ein leichtgewichtiger Wrapper um WebSocket, mit dem Sie die Verbindung automatisch wiederherstellen können, wenn sie unterbrochen wird.
Leider wird das Projekt nicht mehr aktiv weiterentwickelt. Sie können es aber trotzdem für Ihre Anwendungen verwenden.
Websocketd
Websocketd ist ein Kommandozeilentool, mit dem Sie ein vorhandenes Kommandozeilenprogramm kapseln und über ein WebSocket zugänglich machen können.
Es sollte die Entwicklung von WebSocket-fähigen Anwendungen vereinfachen.
Ähnlich wie beim Vorgängerprojekt wird es nicht mehr aktiv weiterentwickelt. Sie können es dennoch für Ihre Anwendungsfälle nutzen. Für weitere Informationen besuchen Sie die GitHub-Seite.
NetCoreServer
Wie der Name schon sagt, ist NetCoreServer eine .NET Core-Bibliothek (mit C# erstellt), die HTTP(S), WebSocket und andere Verbindungsprotokolle unterstützt.
Sie unterstützt auch die Integration von Nachrichtenprotokollen mit Fast Binary Encoding, wodurch der asynchrone Socket-Server extrem schnell und mit geringer Latenz arbeitet.
Für weitere Details können Sie die GitHub-Seite und die Dokumentation einsehen.
Ein Server zur Handhabung von WebSocket-Verbindungen ist unerlässlich
Sie können zwar beliebige WebSocket-Server auswählen und gemäß Ihren Anforderungen einsetzen, aber die meisten nutzen einen Reverse-Proxy-Mechanismus, um die Serverlast zu reduzieren und die Reaktionsfähigkeit zu erhöhen.
Millionen von Nutzern interagieren mit Diensten, die das zugrunde liegende WebSocket-Protokoll verwenden. Von Chat-Anwendungen bis zu Multiplayer-Spielen hätten wir ohne WebSocket-Server große Probleme beim schnellen Austausch und Abrufen von Informationen.
Daher sollten Sie nur den optimalen WebSocket-Server für Ihre Anforderungen auswählen. Es ist ratsam, den Server selbst zu verwalten, wenn Sie volle Kontrolle und unbegrenzte Skalierbarkeit zu einem Bruchteil der Kosten wünschen.
Wählen Sie die Lösung, die Ihrem Projekt die höchste Zuverlässigkeit bietet, die es verdient.