WebSockets

WebSocketsは、クライアントとサーバー間の双方向通信を実現するための技術規格です。

はじめに

WebSocketsとは

WebSocketsは、クライアントとサーバー間の双方向通信を実現するためのプロトコル規格です。従来のHTTP/1.1では、クライアントが要求を送信し、サーバーがそれに応答するという単方向の通信モデルでしたが、WebSocketsではクライアントとサーバーが常時接続された状態で、お互いにメッセージを送受信することができます。

WebSocketsプロトコルは、HTTP/1.1を拡張したものです。WebSocketsは、初期接続時にHTTPのハンドシェイクを使ってサーバーと接続を確立し、その後はHTTPとは異なる独自のフレーミング形式でデータの送受信を行います。

WebSocketsの特徴と用途

WebSocketsの主な特徴は以下の通りです:

• 双方向通信: クライアントとサーバーが常時接続された状態で、お互いにデータを送受信できます。
• 低レイテンシ: HTTPに比べてデータ転送の遅延が小さいため、リアルタイム性の高いアプリケーションに適しています。
• 軽量: HTTPのオーバーヘッドが小さいため、バッテリー駆動の端末などでも効率的に使えます。

主なWebSocketsの用途には以下のようなものがあります:

• リアルタイムチャット
• オンラインゲームのサーバー
• 株価情報の配信
• IoTデバイスとの双方向通信
• サーバープッシュ型の通知システム

ハンドブックの目的と対象読者

このハンドブックの目的は、WebSocketsの基本的な仕組みから、ASP.NET Coreを使った実装方法、高度な機能、セキュリティ、パフォーマンス、そして実践的なユースケースまで、開発者が必要とする包括的な情報を提供することです。

主な対象読者は以下の通りです:

• ASP.NET Coreアプリケーションの開発者
• リアルタイム通信機能を実装するエンジニア
• WebSocketsの活用を検討しているアーキテクト
• WebSocket技術に興味のある開発者

WebSocketsの基本

WebSocketsプロトコルの概要

WebSocketsプロトコルは、クライアントとサーバー間の双方向通信を実現するための標準仕様です。HTTP/1.1をベースに拡張されたプロトコルで、TCP/IPを利用しています。

WebSocketsは、クライアントがサーバーに対して接続要求を送信し、ハンドシェイクが成功すると、通常のHTTPとは異なる独自のフレーミング形式で双方向のデータ送受信が可能になります。HTTP/1.1のリクエスト/レスポンスモデルとは異なり、WebSocketsはピアツーピアのメッセージングモデルを提供します。

HTTP/1.1との比較

従来のHTTP/1.1は、クライアントが要求を送信し、サーバーが応答を返す単方向の通信モデルでした。これに対し、WebSocketsは以下のような特徴があります:

• 双方向通信: クライアントとサーバーが常時接続され、お互いにデータを送受信できます。
• 低レイテンシ: HTTPのオーバーヘッドが少ないため、リアルタイム性の高いアプリケーションに適しています。
• 軽量: HTTPのリクエスト/レスポンスヘッダーが不要なため、バッテリー駆動の端末でも効率的に使えます。
• 持続的な接続: クライアントとサーバーの接続が維持されるため、頻繁な再接続が不要です。

WebSocketsのハンドシェイクプロセス

WebSocketsの接続確立は、HTTPのUpgrade機能を利用して行われます。具体的なプロセスは以下の通りです:

1. クライアントがHTTPリクエストを送信し、Upgrade: websocket ヘッダーを含める
2. サーバーがリクエストを受け取り、WebSocketsプロトコルへの切り替えを承認する
3. WebSocketsのハンドシェイクが成功し、クライアントとサーバーが接続状態になる
4. 以降はWebSocketsフレームを使ってデータの送受信が行われる

このようなハンドシェイクプロセスを経ることで、HTTPとWebSocketsの連携が実現されます。

ASP.NET Core でのWebSocketsの実装

クライアント側の実装

メッセージングとデータ転送

イベントハンドリングとエラー処理

サーバー側の高度な機能

パフォーマンスと信頼性

セキュリティ

実装パターンと応用例

トラブルシューティングとベストプラクティス

付録