وب‌سوکت‌ها در برابر HTTP: بررسی تفاوت‌های کلیدی

این مقاله به تبیین تفاوت‌های بنیادین میان HTTP (پروتکل انتقال ابرمتن) و وب‌سوکت‌ها (WebSockets) می‌پردازد؛ دو پروتکل کلیدی که ارتباطات وب را هدایت می‌کنند. درک تفاوت‌های عملیاتی، پیامدهای معماری و موارد استفاده بهینه این دو، برای توسعه برنامه‌های وب کارآمد و پاسخ‌گو ضروری است.

درک تفاوت WebSockets و HTTP

HTTP یک پروتکل درخواست-پاسخ (Request-Response) است که عمدتاً برای انتقال داده‌های بدون‌وضعیت (Stateless) و سندمحور طراحی شده است. در این مدل، کلاینت یک درخواست ارسال می‌کند، سرور پاسخ می‌دهد و سپس اتصال معمولاً بسته می‌شود. در مقابل، وب‌سوکت‌ها یک کانال ارتباطی پایدار و دوسویه کامل (Full-Duplex) را روی یک اتصال واحد TCP (پروتکل کنترل انتقال – Transmission Control Protocol) فراهم می‌کنند. این ویژگی به وب‌سوکت‌ها امکان می‌دهد تبادل داده تعاملی و بلادرنگ (Real-Time) را تسهیل کنند.

HTTP چیست؟

HTTP ستون فقرات ارتباطات داده در شبکه جهانی وب است. این پروتکل در لایه کاربرد (Application Layer) برای انتقال اسناد ابررسانه‌ای مانند HTML استفاده می‌شود. HTTP بدون‌وضعیت است؛ به این معنا که هر درخواست کلاینت به سرور مستقل از درخواست‌های قبلی است و سرور حافظه‌ای از تعاملات گذشته نگه نمی‌دارد.

نحوه کار HTTP

عملکرد HTTP از یک مدل ساده درخواست-پاسخ پیروی می‌کند:

• آغاز اتصال توسط کلاینت: کلاینت (برای مثال مرورگر وب) یک اتصال TCP با سرور برقرار می‌کند.

• ارسال درخواست: کلاینت یک پیام درخواست HTTP شامل متد (مانند GET یا POST)، نشانی اینترنتی (URL)، نسخه HTTP و هدرها (Headers) را به سرور ارسال می‌کند.

• پردازش درخواست توسط سرور.

• ارسال پاسخ: سرور یک پیام پاسخ HTTP شامل کد وضعیت (مانند ۲۰۰ OK یا ۴۰۴ Not Found)، نسخه HTTP، هدرها و داده درخواستی (بدنه یا Body) را بازمی‌گرداند.

• بستن اتصال: پس از ارسال پاسخ، اتصال معمولاً توسط کلاینت یا سرور بسته می‌شود، به‌ویژه در نسخه‌های قدیمی‌تر HTTP یا در اتصال‌های غیرپایدار. در HTTP/1.1 و نسخه‌های بعدی، اتصال‌های پایدار (Persistent Connections) امکان چندین چرخه درخواست/پاسخ روی یک اتصال TCP را فراهم می‌کنند، اما الگوی بنیادی درخواست-پاسخ همچنان حفظ می‌شود.

مزایا و معایب HTTP سنتی

مزایا

• سادگی: ماهیت بدون‌وضعیت HTTP طراحی سرور را ساده می‌کند، زیرا هر درخواست مستقل مدیریت می‌شود.

• انعطاف‌پذیری: پشتیبانی گسترده توسط مرورگرها، سرورها و زیرساخت‌های شبکه.

• کشینگ (Caching): سازگار با مکانیزم‌های کش که عملکرد را برای محتوای ایستا یا کم‌تغییر به‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌دهند.

معایب

• امنیت: HTTP به‌صورت پیش‌فرض امن نیست، زیرا داده‌ها به‌صورت متن ساده و بدون رمزنگاری منتقل می‌شوند و در معرض شنود یا دسترسی غیرمجاز قرار دارند.

• تأخیر (Latency): ایجاد و خاتمه اتصال برای هر درخواست (در نبود اتصال پایدار) یا ماهیت ترتیبی درخواست‌ها حتی در اتصال پایدار، موجب افزایش تأخیر می‌شود.

وب‌سوکت چیست؟

وب‌سوکت‌ها پروتکلی هستند که یک کانال ارتباطی دوسویه کامل، پایدار و مبتنی بر یک اتصال TCP واحد فراهم می‌کنند. این پروتکل امکان ارتباط تعاملی و بلادرنگ را فراهم می‌کند، زیرا کلاینت و سرور می‌توانند بدون نیاز به برقراری مکرر اتصال یا چرخه‌های درخواست-پاسخ، در هر زمان پیام ارسال کنند.

نحوه کار وب‌سوکت

وب‌سوکت‌ها وضعیت‌مند (Stateful) هستند؛ یعنی اتصال میان کلاینت و سرور برقرار شده و باز می‌ماند.

• هندشیک (Handshake): ابتدا کلاینت یک درخواست استاندارد HTTP برای ارتقا (Upgrade) اتصال به وب‌سوکت ارسال می‌کند.

• ارتقا: در صورت پشتیبانی سرور، پاسخ با کد وضعیت HTTP 101 Switching Protocols ارسال می‌شود و فرآیند هندشیک تکمیل می‌شود.

• اتصال پایدار: پس از هندشیک، اتصال TCP به اتصال وب‌سوکت ارتقا یافته و به‌صورت پایدار باز می‌ماند.

• ارتباط دوسویه کامل: کلاینت و سرور می‌توانند به‌صورت ناهمگام (Asynchronous) و مستقل، داده را از طریق همین اتصال واحد ارسال و دریافت کنند. فریم‌های داده معمولاً سربار بسیار کمتری نسبت به هدرهای HTTP دارند.

اتصال تا زمانی که نیاز باشد باز می‌ماند و هر یک از طرفین می‌توانند آن را صراحتاً ببندند یا در صورت بروز مشکلات شبکه بسته شود.

هندشیک وب‌سوکت و ارتقای HTTP

درخواست اولیه شامل یک HTTP GET با پیشوند ws:// یا wss:// (برای وب‌سوکت امن) و هدرهای زیر است:

در صورت پشتیبانی سرور، پاسخ با کد ۱۰۱ Switching Protocols و هدر Sec-WebSocket-Accept (هش کلید کلاینت به‌همراه یک شناسه یکتای سراسری) ارسال می‌شود و پروتکل از HTTP به WebSocket تغییر می‌کند.

مزایا و معایب WebSockets

مزایا

• ارتباط بلادرنگ: مناسب برای چت، به‌روزرسانی زنده و بازی‌های آنلاین.

• تأخیر پایین: پس از برقراری اتصال، انتقال داده با سربار حداقلی انجام می‌شود.

• سربار کمتر: فریم‌های پیام نسبت به هدرهای HTTP کوچک‌تر و کارآمدترند.

• دوسویه کامل: هر دو سمت می‌توانند در هر زمان پیام ارسال کنند.

معایب

• پیچیدگی: مدیریت قطع اتصال، مقیاس‌پذیری و پایداری نیازمند طراحی پیشرفته‌تر است.

• نیاز به مرورگرهای سازگار با HTML5: برخی مرورگرهای قدیمی پشتیبانی کامل ندارند.

• عدم اتصال مجدد خودکار: در صورت قطع ارتباط، توسعه‌دهنده باید مکانیزم بازیابی را پیاده‌سازی کند.

• وضعیت‌مند بودن: سرور باید همه اتصال‌های فعال را مدیریت کند که می‌تواند بار سرور را افزایش دهد.

تفاوت‌های معماری کلیدی

مدل اتصال: پایدار در برابر گذرا

• HTTP: عمدتاً مبتنی بر اتصال‌های کوتاه‌مدت و چرخه‌های مستقل درخواست-پاسخ.

• WebSockets: یک اتصال بلندمدت و پایدار برای جریان مداوم داده.

سربار پروتکل

• HTTP: هر درخواست/پاسخ شامل هدرهای گسترده (مانند کوکی، User-Agent و Cache-Control) است که سربار قابل‌توجهی ایجاد می‌کند.

• WebSockets: پس از هندشیک اولیه، فریم‌ها سربار بسیار کمی دارند و برای ارتباط بلادرنگ بهینه‌اند.

وضعیت‌مندی

• HTTP: ذاتاً بدون‌وضعیت؛ مدیریت نشست (Session) با کوکی یا پارامترهای URL انجام می‌شود.

• WebSockets: اتصال پایدار امکان نگهداری وضعیت در سطح برنامه را ساده‌تر می‌کند.

چگونه بین HTTP و WebSockets انتخاب کنیم؟

• نیاز به بلادرنگ بودن: اگر برنامه نیازمند به‌روزرسانی فوری یا Push از سمت سرور است، WebSockets گزینه مناسب‌تری است.

• الگوی ارتباطی: برای عملیات ساده درخواست-پاسخ، HTTP کافی است؛ برای ارتباط دوسویه ناهمگام، WebSockets ضروری است.

• کارایی: برای تبادل مکرر پیام‌های کوچک، WebSockets کارآمدتر است.

• پیچیدگی و زیرساخت: HTTP پیاده‌سازی و مقیاس‌پذیری ساده‌تری دارد.

• سازگاری: HTTP عموماً با پراکسی‌ها و شبکه‌های سازمانی سازگارتر است.

موارد استفاده

HTTP مناسب است زمانی که:

• الگوی درخواست-پاسخ کافی است (مانند بارگذاری صفحات وب).

• داده ایستا یا کم‌تغییر است.

• کشینگ اهمیت دارد.

• مقیاس‌پذیری از طریق سرویس‌های بدون‌وضعیت انجام می‌شود.

نمونه‌ها: وب‌سایت‌های استاندارد، REST APIها، بازیابی اسناد.

WebSockets مناسب است زمانی که:

• ارتباط بلادرنگ و کم‌تأخیر لازم است.

• تبادل مکرر پیام‌های کوچک انجام می‌شود.

• Push از سمت سرور حیاتی است.

نمونه‌ها: برنامه‌های چت، بازی آنلاین، داشبوردهای زنده، تیکر بورس، ویرایش مشارکتی.

امنیت WebSockets و HTTP

امنیت HTTP: استفاده از HTTPS

HTTPS (نسخه امن HTTP) با استفاده از TLS/SSL (امنیت لایه انتقال – Transport Layer Security / Secure Sockets Layer) ارتباط را رمزنگاری می‌کند:

• رمزنگاری داده‌ها

• احراز هویت از طریق گواهی دیجیتال

• تضمین یکپارچگی داده

• استفاده از پورت ۴۴۳ (در مقابل پورت ۸۰ برای HTTP)

امنیت WebSockets: استفاده از WSS

WSS (WebSocket Secure) معادل امن WebSockets است و از TLS/SSL استفاده می‌کند:

• رمزنگاری فریم‌های داده

• انجام هندشیک اولیه از طریق HTTPS

• تضمین یکپارچگی پیام‌ها

• استفاده از پورت ۴۴۳

در محیط‌های عملیاتی (Production)، استفاده از WSS به‌جای WS برای حفاظت از داده‌های حساس ضروری است.

پیاده‌سازی عملی: نمونه کدها

درخواست HTTP ساده (سمت کلاینت – جاوا اسکریپت)

// Client-side (Browser)
async function fetchHttpData() {
  try {
    const response = await fetch('http://localhost:3000/api/data'); // Replace with your HTTP endpoint
    if (!response.ok) {
      throw new Error(`HTTP error! status: ${response.status}`);
    }
    const data = await response.json();
    console.log('HTTP Data received:', data);
  } catch (error) {
    console.error('Error fetching HTTP data:', error);
  }
}

fetchHttpData();

اتصال وب‌سوکت ساده (سمت کلاینت – جاوا‌ اسکریپت)

// Client-side (Browser)
const ws = new WebSocket('ws://localhost:8080'); // Replace with your WebSocket endpoint

ws.onopen = (event) => {
  console.log('WebSocket connection opened:', event);
  ws.send('Hello from client!');
};

ws.onmessage = (event) => {
  console.log('WebSocket message received:', event.data);
};

ws.onclose = (event) => {
  console.log('WebSocket connection closed:', event);
};

ws.onerror = (error) => {
  console.error('WebSocket error:', error);
};

// To send a message after some time
setTimeout(() => {
  if (ws.readyState === WebSocket.OPEN) {
    ws.send('Another message from client!');
  }
}, ۳۰۰۰);

// Server-side (Node.js) - HTTP
const http = require('http');

const httpServer = http.createServer((req, res) => {
  if (req.url === '/api/data' && req.method === 'GET') {
    res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'application/json' });
    res.end(JSON.stringify({ message: 'Hello from HTTP server!', timestamp: new Date() }));
  } else {
    res.writeHead(404, { 'Content-Type': 'text/plain' });
    res.end('Not Found');
  }
});

const HTTP_PORT = 3000;
httpServer.listen(HTTP_PORT, () => {
  console.log(`HTTP server listening on port ${HTTP_PORT}`);
});

// Server-side (Node.js) - WebSocket
const WebSocket = require('ws');

const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 }); // WebSocket server on port 8080

wss.on('connection', ws => {
  console.log('Client connected to WebSocket');
  
  ws.on('message', message => {
    console.log(`Received message: ${message}`);
    // Echo back the message
    ws.send(`Server received: ${message}`);
  });
  
  ws.on('close', () => {
    console.log('Client disconnected from WebSocket');
  });
  
  ws.on('error', error => {
    console.error('WebSocket error:', error);
  });
  
  // Send a message to the client after connection
  ws.send('Welcome to the WebSocket server!');
});

console.log('WebSocket server listening on port 8080');