25 Апр, 2023

Упрощение связи в режиме реального времени: Введение в протокол WebSocket

Penetration Testing as a service (PTaaS)

Tests security measures and simulates attacks to identify weaknesses.

Общение в режиме реального времени стало неотъемлемой частью современных веб-приложений, позволяя пользователям получать мгновенные обновления без необходимости ручного обновления страниц. Это стало возможным благодаря использованию Websockets, протокол, который обеспечивает двустороннюю связь между клиентом и сервером в режиме реального времени. В отличие от традиционных HTTP-запросов, которые являются односторонними, Websockets создайте постоянное соединение между клиентом и сервером, облегчающий эффективная и надежная передача данных в режиме реального времени. В этом сообщении в блоге, мы будем изучите основы Websockets протокол, его преимущества перед традиционными методами связи и то, как он может быть реализован в веб-приложениях для улучшения пользовательского опыта. 

Что означает общение в режиме реального времени в смысле? 

Связь в режиме реального времени (RTC) относится к обмену информацией между двумя или более сторонами почти мгновенно. Это тип связи, который происходит в режиме реального времени или с минимальной задержкой между отправителем и получателем. В контексте современных веб-приложений RTC позволяет пользователям общаться друг с другом в режиме реального времени, без необходимости ручного обновления страниц. 

RTC может принимать различные формы, включая голосовые и видеозвонки, мгновенные сообщения и передачу данных. Для того чтобы общение считалось “в режиме реального времени”, оно должно произойти в течение нескольких секунд после отправки сообщения. Обычно это достигается за счет использования специализированных протоколов связи, которые предназначены для облегчения быстрой и эффективной передачи данных. 

Одним из ключевых преимуществ RTC является его способность облегчать совместную работу в режиме реального времени, независимо от местонахождения участвующих сторон. Это особенно важно на современных рабочих местах, где удаленная работа становится все более распространенной. RTC позволяет членам команды мгновенно общаться друг с другом, независимо от их физического местоположения. 

Еще одним преимуществом RTC является его способность улучшать пользовательский опыт в веб-приложениях. Включив обновления в режиме реального времени, веб-приложения могут предоставить пользователям более отзывчивый и привлекательный интерфейс. Например, приложения для чата в режиме реального времени могут предоставлять пользователям возможности обмена мгновенными сообщениями, в то время как передача данных в режиме реального времени может позволить пользователям получать оперативные обновления о событиях, таких как спортивные игры или финансовые рынки. 

В целом, RTC является мощным инструментом для улучшения коммуникации и сотрудничества в различных контекстах. Его способность обеспечивать связь и передачу данных в режиме реального времени сделала его важным компонентом современных веб-приложений и ключевым средством удаленной работы и совместной работы. 

Обзор из Как работает Websockets? 

WebSockets - это протокол, который обеспечивает связь в режиме реального времени между клиентом и сервером. Они обеспечивают постоянное соединение между клиентом и сервером, что позволяет осуществлять двунаправленную передачу данных. Протокол WebSocket предназначен для работы через порты HTTP и HTTPS и обеспечивает полнодуплексную связь с низкой задержкой. 

WebSockets были представлены как часть спецификации HTML5, и с тех пор они широко используются современными веб-браузерами и серверными фреймворками. В отличие от традиционных HTTP-запросов, которые следуют модели запрос-ответ, WebSockets позволяют серверу передавать данные клиенту без необходимости выполнения клиентом запроса. 

Протокол WebSocket состоит из двух частей: рукопожатия и фазы передачи данных. Во время установления связи клиент и сервер согласовывают детали подключения к WebSocket, включая версию используемого протокола, подпротокол (если таковой имеется) и любые дополнительные заголовки. 

Как только рукопожатие завершено, начинается этап передачи данных. На этом этапе клиент и сервер могут отправлять данные друг другу в любое время. Эти данные могут быть в виде текста или двоичных данных, и они могут быть отправлены в любом направлении. 

WebSockets имеют ряд преимуществ перед традиционными HTTP-запросами, включая меньшую задержку, меньшее использование полосы пропускания и возможность отправлять клиентам обновления в режиме реального времени. Они особенно полезны для приложений, требующих общения в режиме реального времени, таких как комнаты чатов, онлайн-игры и финансовые торговые платформы. 

Чтобы использовать WebSockets, и клиент, и сервер должны поддерживать протокол. Большинство современных веб-браузеров поддерживают WebSockets "из коробки", и многие серверные фреймворки также обеспечивают поддержку протокола. Кроме того, существует несколько сторонних библиотек и фреймворков, которые упрощают процесс создания приложений на основе WebSocket. 

В целом, WebSockets предоставляют мощный инструмент для создания веб-приложений реального времени. Они обеспечивают полнодуплексную связь между клиентами и серверами с низкой задержкой и широко поддерживаются современными веб-браузерами и серверными платформами. 

История создания Websockets 

Протокол WebSocket был впервые представлен в 2008 году Иэном Хиксоном, инженером Google, как часть спецификации HTML5. Первоначальное предложение для WebSockets было направлено на устранение ограничений HTTP для связи в режиме реального времени, что требовало от клиента постоянного опроса сервера на предмет обновлений. 

В 2009 году протокол WebSocket был дополнительно разработан группой инженеров из Google, Mozilla и Opera. Они представили предложение в IETF (Internet Engineering Task Force) по стандартизации протокола WebSocket. 

Протокол WebSocket был стандартизирован в 2011 году как RFC 6455, и он был реализован несколькими веб-браузерами, включая Google Chrome, Mozilla Firefox и Internet Explorer. API WebSocket также был добавлен в спецификацию HTML5, что позволило веб-разработчикам использовать протокол в своих приложениях. 

Внедрение WebSockets изначально шло медленно из-за опасений по поводу безопасности и масштабируемости. Поскольку WebSockets обеспечивают постоянное соединение между клиентом и сервером, существовал риск атак типа "отказ в обслуживании" и других уязвимостей в системе безопасности. 

Однако со временем эти проблемы были устранены, и WebSockets становились все более популярными для обмена данными в режиме реального времени в веб-приложениях. В 2012 году протокол WebSocket был использован Twitter для создания своей платформы обмена сообщениями в режиме реального времени, и он также использовался финансовой индустрией для торговых приложений в режиме реального времени. 

В 2013 году протокол WebSocket был дополнительно стандартизирован W3C (World Wide Web Consortium) как часть спецификации HTML5. W3C добавил дополнительные функции в WebSocket API, включая возможность отправлять и получать двоичные данные, а также возможность устанавливать тайм-ауты и размеры буфера. 

Сегодня WebSockets широко используются в современных веб-приложениях для общения в режиме реального времени, таких как комнаты чата, онлайн-игры и платформы для совместного редактирования. Они поддерживаются большинством современных веб-браузеров и серверных фреймворков, а также существует несколько сторонних библиотек и фреймворков, которые упрощают процесс создания приложений на основе WebSocket. 

Ключевые особенности Websockets 

WebSockets предоставляют несколько ключевых функций, которые делают их мощным инструментом для обмена данными между клиентами и серверами в режиме реального времени. Эти ключевые особенности включают в себя: 

Двунаправленная, полнодуплексная связь: WebSockets обеспечивают двунаправленную, полнодуплексную связь между клиентом и сервером, что означает, что данные могут быть отправлены и получены в обоих направлениях одновременно. Это обеспечивает связь в режиме реального времени между клиентом и сервером без необходимости для клиента постоянно опрашивать сервер на предмет обновлений. 

Низкая задержка: WebSockets обеспечивают связь между клиентом и сервером с низкой задержкой, что означает, что обновления могут быть отправлены и получены быстро. Это особенно важно для приложений, требующих общения в режиме реального времени, таких как онлайн-игры, комнаты чатов и финансовые торговые платформы. 

Постоянное соединение: WebSockets обеспечивают постоянное соединение между клиентом и сервером, что означает, что соединение остается открытым, даже когда данные не отправляются или не принимаются. Это позволяет серверу отправлять обновления клиенту в режиме реального времени, без необходимости для клиента делать запрос. 

Поддержка двоичных данных: WebSockets позволяют передавать двоичные данные в дополнение к текстовым данным. Это полезно для приложений, которым требуется передача больших объемов данных, таких как потоковое видео или аудио. 

Масштабируемость: WebSockets можно использовать для создания масштабируемых приложений, поскольку они обеспечивают эффективную коммуникацию между клиентами и серверами. Поскольку соединение остается открытым, сервер может обрабатывать несколько клиентов одновременно без дополнительных затрат на открытие и закрытие соединений для каждого запроса клиента. 

Междоменная поддержка: WebSockets можно использовать для обмена данными между различными доменами, что означает, что приложения могут быть созданы для обмена данными между различными серверами или службами. Это особенно полезно при создании распределенных систем или микросервисов. 

Безопасность: WebSockets предоставляют встроенные функции безопасности, включая шифрование и аутентификацию, которые помогают предотвратить несанкционированный доступ к каналу связи. 

В целом, ключевые функции WebSockets обеспечивают эффективную связь между клиентами и серверами в режиме реального времени с низкой задержкой. Они широко используются в современных веб-приложениях для различных вариантов использования и стали важным инструментом для построения масштабируемых распределенных систем.
 

Как Websockets работает? 

WebSockets работают путем установления постоянного двунаправленного канала связи между клиентом и сервером, который обеспечивает связь в режиме реального времени без необходимости для клиента постоянно опрашивать сервер на предмет обновлений. Протокол WebSocket основан на протоколе управления передачей (TCP), который обеспечивает надежную, упорядоченную и проверенную на ошибки доставку данных. 

Процесс установления соединения с WebSocket включает в себя несколько шагов: 

Клиент отправляет запрос на сервер для инициирования подключения к WebSocket. Этот запрос выполняется с использованием протокола HTTP и включает в себя специальный заголовок “Обновить: websocket”, который указывает, что клиент хочет обновить соединение до соединения WebSocket. 

Сервер отвечает на запрос клиента HTTP-ответом, который включает специальный заголовок “Обновить: websocket”, который указывает, что сервер готов обновить соединение до соединения WebSocket. 

Если сервер принимает запрос клиента, выполняется квитирование WebSocket. Это включает в себя обмен набором заголовков между клиентом и сервером для установления соединения с WebSocket. Квитирование включает заголовок “Sec-WebSocket-Key”, который представляет собой случайно сгенерированный ключ, используемый для обеспечения безопасности соединения. 

Как только соединение с WebSocket установлено, данные могут быть отправлены и получены в обоих направлениях между клиентом и сервером. Это достигается за счет использования фреймов WebSocket, которые представляют собой пакеты данных, отправляемые между клиентом и сервером. Фреймы WebSocket имеют заголовок и полезную нагрузку, и их можно использовать как для отправки текстовых, так и двоичных данных. 

Подключение к WebSocket остается открытым до тех пор, пока клиент или сервер не закроют соединение или не возникнет сетевая ошибка. 

Если соединение закрыто, клиент и сервер могут инициировать новое подключение к WebSocket, повторив процесс установления связи. 

Протокол WebSocket также включает в себя несколько встроенных функций, которые обеспечивают эффективную связь между клиентами и серверами. Например, фреймы WebSocket могут быть сжаты, чтобы уменьшить объем данных, передаваемых по сети. Кроме того, сообщения WebSocket могут быть фрагментированы, чтобы обеспечить передачу больших сообщений меньшими порциями. 

В целом, протокол WebSocket предоставляет мощный инструмент для создания коммуникационных приложений реального времени, которым требуется двунаправленная связь между клиентами и серверами с низкой задержкой. Устанавливая постоянное соединение между клиентом и сервером, WebSockets обеспечивают эффективную коммуникацию, которая хорошо подходит для различных вариантов использования, включая комнаты чатов, онлайн-игры и платформы для совместного редактирования. 

Проблемы безопасности и их устранение 

Хотя WebSockets предоставляют мощный инструмент для создания коммуникационных приложений реального времени, они также создают некоторые риски для безопасности, которые необходимо учитывать. Вот некоторые из распространенных проблем безопасности, связанных с WebSockets, наряду с некоторыми стратегиями исправления: 

Межсайтовый перехват WebSocket (CSWSH): Это происходит, когда злоумышленник использует уязвимость межсайтового скриптинга (XSS), чтобы украсть соединение WebSocket и использовать его для связи с сервером. Чтобы предотвратить это, важно убедиться, что соединение с WebSocket устанавливается только между доверенными сторонами. Внедрение проверки подлинности на стороне сервера может помочь предотвратить этот тип атаки. 

Подделка межсайтовых запросов (CSRF): это происходит, когда злоумышленник отправляет запрос WebSocket на сервер от имени пользователя-жертвы. Чтобы предотвратить это, важно использовать токены защиты от CSRF, чтобы гарантировать, что запрос WebSocket принимается только из надежных источников. 

Инъекционные атаки: они происходят, когда злоумышленник вводит вредоносный код или данные в запрос или ответ WebSocket. Чтобы предотвратить атаки с использованием инъекций, важно правильно проверять и очищать все данные, отправляемые по соединению WebSocket. Реализация проверки входных данных и кодирования выходных данных может помочь предотвратить инъекционные атаки. 

Атаки типа "отказ в обслуживании" (DoS): они происходят, когда злоумышленник загружает сервер большим количеством запросов WebSocket, что может перегрузить сервер и привести к его аварийному завершению. Чтобы предотвратить DoS-атаки, важно внедрить меры по ограничению скорости и дросселированию, чтобы ограничить количество запросов, которые могут быть обработаны сервером. 

Атаки типа "Человек посередине" (MitM): они происходят, когда злоумышленник перехватывает трафик WebSocket и считывает или изменяет данные, передаваемые между клиентом и сервером. Чтобы предотвратить атаки MitM, важно внедрить меры шифрования и аутентификации, такие как SSL / TLS, чтобы гарантировать, что трафик WebSocket безопасен и не может быть перехвачен или изменен. 

В целом, важно должным образом защитить соединение WebSocket, внедрив такие меры, как проверка входных данных, кодирование выходных данных, аутентификация, шифрование, ограничение скорости и токены защиты от CSRF. Следуя рекомендациям по обеспечению безопасности WebSocket, разработчики могут помочь предотвратить распространенные проблемы безопасности и гарантировать, что их приложения для обмена данными в реальном времени безопасны и надежны. 

Книги и ссылки 

Вот несколько книг и ссылок на WebSockets: 

“WebSocket: облегченные клиент-серверные коммуникации” Эндрю Ломбарди – В этой книге представлен подробный обзор протокола WebSocket наряду с примерами того, как его использовать для создания коммуникационных приложений реального времени. 

“Основы WebSocket: создание приложений с помощью WebSockets HTML5” Варуна Чопры – Эта книга представляет собой удобное для начинающих знакомство с WebSockets, наряду с практическими примерами того, как использовать их для создания коммуникационных приложений реального времени. 

В дополнение к этим книгам, на WebSockets также доступно множество онлайн-ресурсов, включая официальную документацию WebSocket, учебные пособия и примеры кода. Некоторые популярные онлайн - ресурсы включают: 

WebSocket.org : Официальный веб-сайт протокола WebSocket, который включает документацию, примеры кода и информацию о библиотеках и фреймворках WebSocket. 

MDN Web Docs: Сеть разработчиков Mozilla предоставляет подробный обзор протокола WebSocket наряду с примерами того, как его использовать в веб-приложениях. 

В целом, существует множество ресурсов для изучения WebSockets, начиная от руководств для начинающих и заканчивая расширенной технической документацией. Используя эти ресурсы, разработчики могут создавать коммуникационные приложения реального времени, которые в полной мере используют возможности протокола WebSocket. 

Другие Услуги

Готовы к безопасности?

Связаться с нами