Internet Engineering Task Force (IETF) P. McManus
请求评注: 8441 Mozilla
更新: 6455 2018年9月
类别: Standards Track
ISSN: 2070-1721

使用 HTTP/2 引导 WebSockets

摘要

本文档定义了一种机制，用以在单个 HTTP/2 连接的流上运行 WebSocket 协议（RFC 6455）。

本备忘录的状态

这是一个互联网标准轨道文档。

本文档是互联网工程任务组 (IETF) 的产物，代表 IETF 社区的共识。它已接受公开审查并已获得互联网工程指导组 (IESG) 批准发布。有关互联网标准的更多信息，请参阅 RFC 7841 的第 2 节。

有关本文档当前状态、任何勘误以及如何提供反馈的信息，可在 https://www.rfc-editor.org/info/rfc8441 获取。

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1. 介绍

The Hypertext Transfer Protocol (HTTP) [RFC7230] 在不同版本之间提供了兼容的资源级语义，但在连接管理层面并不提供兼容性。依赖于 HTTP 连接管理细节的其他协议（例如 WebSockets）必须针对 HTTP 的新版本进行更新。

The WebSocket Protocol [RFC6455] 使用 HTTP/1.1 的 Upgrade 机制（RFC7230 第 6.7 节） 将 TCP 连接从 HTTP 切换为 WebSocket 连接。对于 HTTP/2 [RFC7540] 必须采取不同的方法。由于其多路复用特性，HTTP/2 不允许连接范围的头字段或状态码（例如 Upgrade 和 Connection 请求头字段或 101 (Switching Protocols) 响应码）。这些在 [RFC6455] 握手中都是必需的。

能够从 HTTP/2 引导 WebSockets 允许两个协议共享同一个 TCP 连接，并将 HTTP/2 更高效的网络利用扩展到 WebSockets。

本文档扩展了 HTTP/2 中为 CONNECT 方法规定的用法（参见 RFC7540 第 8.3 节）。该扩展允许替代 CONNECT 通常用于连接外部主机的目标，而改为使用一个新的协议名称。其结果是在单个 HTTP/2 流上创建隧道，该隧道可以承载 WebSockets（或任何其他协议）的数据。连接上的其他流可以承载更多扩展的 CONNECT 隧道、传统的 HTTP/2 数据，或两者的混合。

该隧道化流将与连接上的其他常规流一起被多路复用，并享有 HTTP/2 的常规优先级、取消和流量控制特性。

成功使用隧道流并按照本文档对打开握手所做的修改建立 WebSocket 连接的流，随后使用传统的 WebSocket 协议，将该流视为本规范中所指的 TCP 连接。

2. 术语

本文档中的关键词 “MUST”, “MUST NOT”, “REQUIRED”, “SHALL”, “SHALL NOT”, “SHOULD”, “SHOULD NOT”, “RECOMMENDED”, “NOT RECOMMENDED”, “MAY”, 和 “OPTIONAL” 在全部大写出现时，应按 BCP 14 的描述解释（参见 [RFC2119] 和 [RFC8174]）。

3. SETTINGS_ENABLE_CONNECT_PROTOCOL SETTINGS 参数

本文档向 [RFC7540] 定义的 SETTINGS 参数集合（参见 RFC7540 第 6.5.2 节）添加了一个新的 SETTINGS 参数。

新参数名为 SETTINGS_ENABLE_CONNECT_PROTOCOL。该参数的值 MUST 为 0 或 1。

在接收到值为 1 的 SETTINGS_ENABLE_CONNECT_PROTOCOL 后，客户端 MAY 在创建新流时使用本文档定义的扩展 CONNECT。服务器接收到此参数不会产生影响。

发送者 MUST NOT 在先前发送过值为 1 之后再次发送值为 0 的 SETTINGS_ENABLE_CONNECT_PROTOCOL 参数。

使用 SETTINGS 参数来选择加入本来不兼容的协议更改属于 RFC7540 第 5.5 节 定义的 “扩展 HTTP/2” 的用法。具体来说，本规范中新伪头字段 “:protocol” 的添加，以及在第 4 节 中对 :authority 伪头字段含义的更改，都需要通过可选协商来启用。如果客户端在未先接收到 SETTINGS_ENABLE_CONNECT_PROTOCOL 参数的情况下使用本文档定义的扩展 CONNECT 的条款，则不支持的对端会检测到格式错误的请求并生成流错误（参见 RFC7540 第 8.1.2.6 节）。

4. 扩展的 CONNECT 方法

HTTP/2 中 CONNECT 方法的使用由 RFC7540 第 8.3 节 定义。本扩展对该方法作如下修改：

  • 请求 HEADERS 中可以包含一个新的伪头字段 :protocol，用来指示希望在由 CONNECT 创建的隧道上使用的协议。该伪头字段为单值，包含来自 “Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Upgrade Token Registry” 的值，注册表地址为 <https://www.iana.org/assignments/http-upgrade-tokens/>。
  • 在包含 :protocol 伪头字段的请求上，目标 URI 的 :scheme 和 :path 伪头字段（参见第 5 节）也 MUST 一并包含。
  • 在带有 :protocol 伪头字段的请求中，:authority 伪头字段的解释依照 RFC7540 第 8.1.2.3 节 而非该文档的 第 8.3 节。特别地，服务器在此扩展下不得像处理未被扩展修改的 CONNECT 请求那样，基于 :authority 指示的主机创建到该主机的隧道。

在接收到包含 :protocol 伪头字段的 CONNECT 请求后，服务器建立到伪头字段所指示协议类型的另一项服务的隧道。该服务可以与服务器同址，也可以不在同一位置。

5. 使用扩展的 CONNECT 引导 WebSocket 协议

CONNECT 请求 MUST 包含 :protocol 伪头字段，其值 MUST 为 websocket，以便在 HTTP/2 流上启动 WebSocket 连接。其他用于操作 cookie 的 HTTP 请求和响应头字段可以像往常一样随 CONNECT 方法一起包含在 HEADERS 中。该请求取代了 [RFC6455] 中基于 GET 的请求，并用于处理 WebSockets 的打开握手。

目标 URI 的 scheme（参见 RFC7230 第 5.1 节）在用于 “wss” 的 WebSockets 时 MUST 为 “https”，在用于 “ws” 的 WebSockets 时 MUST 为 “http”。目标 URI 的其余部分与 WebSocket URI 相同。WebSocket URI 仍用于代理自动配置。本文档所用的 HTTP/2 连接的安全要求由 [RFC7540] 为 https 请求规定，并由 [RFC8164] 为 http 请求规定。

[RFC6455] 要求使用 Connection 和 Upgrade 头字段，这些头字段不属于 HTTP/2。它们 MUST NOT 被包含在此处定义的 CONNECT 请求中。

[RFC6455] 要求使用 Host 头字段，而该头字段也不属于 HTTP/2。Host 信息由 :authority 伪头字段传递，该伪头字段在每次 HTTP/2 事务中都是必需的。

使用此扩展的 CONNECT 来引导 WebSockets 的实现不再处理 [RFC6455] 中的 Sec-WebSocket-Key 和 Sec-WebSocket-Accept 头字段，因为这些功能已被 :protocol 伪头字段取代。

Origin ([RFC6454]), Sec-WebSocket-Version, Sec-WebSocket-Protocol, 和 Sec-WebSocket-Extensions 头字段在 CONNECT 请求和响应头字段中按 [RFC6455] 的定义使用。注意 HTTP/1 的头字段名不区分大小写，而 HTTP/2 要求它们以小写编码。

在成功处理打开握手后，对等方应继续使用 WebSocket 协议 [RFC6455]，并将 CONNECT 事务使用的 HTTP/2 流视为该规范中所指的 TCP 连接。此时 WebSocket 连接的状态为 OPEN（参见 [RFC6455] 第 4.1 节）。

HTTP/2 流的关闭也类似于 [RFC6455] 中的 TCP 连接关闭。有序的 TCP 级关闭由 END_STREAM 标志表示（参见 [RFC7540] 第 6.1 节）。RST 异常由 RST_STREAM 帧表示（参见 [RFC7540] 第 6.4 节），错误码使用 CANCEL（参见 [RFC7540] 第 7 节）。

5.1. 示例 

[[ From Client ]]                       [[ From Server ]]

                                        SETTINGS
                                        SETTINGS_ENABLE_CONNECT_[..] = 1

HEADERS + END_HEADERS
:method = CONNECT
:protocol = websocket
:scheme = https
:path = /chat
:authority = server.example.com
sec-websocket-protocol = chat, superchat
sec-websocket-extensions = permessage-deflate
sec-websocket-version = 13
origin = http://www.example.com

                                        HEADERS + END_HEADERS
                                        :status = 200
                                        sec-websocket-protocol = chat

DATA
WebSocket Data

                                        DATA + END_STREAM
                                        WebSocket Data

DATA + END_STREAM
WebSocket Data

6. 设计注意事项

通过对 HTTP/2 做更大改动实现与之更原生的集成当然是可行的。本设计的选择旨在在最小化解决方案复杂性的同时，仍然解决在同一连接上同时运行 HTTP/2 与 WebSockets 的主要问题。

7. 关于中间节点

本文档并未改变 WebSockets 与 HTTP 正向代理的交互方式。如果希望通过 HTTP/2 与 HTTP 代理建立 WebSockets 的客户端，应继续使用传统的 CONNECT（即不带 :protocol 伪头字段）通过该代理将隧道建立到 WebSocket 服务器。

隧道上使用的 HTTP 版本决定了 WebSockets 是直接启动还是通过本文档描述的修改后的 CONNECT 请求启动。

8. 安全注意事项

[RFC6455] 确保非 WebSockets 客户端，特别是基于 XMLHttpRequest 的客户端，无法建立 WebSocket 连接。其主要机制是使用以 Sec- 前缀的请求头字段，这些字段不能由基于 XMLHttpRequest 的客户端创建。本文档通过两种方式处理该问题：

  • XMLHttpRequest 还禁止使用 CONNECT 方法，除了禁止 Sec- 前缀的请求头字段外。
  • 伪头字段的使用属于连接专属，且 HTTP/2 不允许在协议栈之外创建伪头字段。

当使用本文档时，[RFC6455] 第 10 节中关于安全的注意事项仍然适用，但第 10.8 节除外。第 10.8 节与本文件所改变的引导握手特定相关，因此在此处不适用。

9. IANA 注意事项

9.1. 新的 HTTP/2 设置

本文档在由 RFC7540 第 11.3 节 建立的 “HTTP/2 Settings” 注册表中注册了一项条目。

Code:
0x8
Name:
SETTINGS_ENABLE_CONNECT_PROTOCOL
Initial Value:
0
Specification:
This document

9.2. 新的 HTTP Upgrade 令牌

本文档在由 [RFC7230] 建立的 “HTTP Upgrade Tokens” 注册表中注册了一项条目。

Value:
websocket
Description:
Web Socket 协议
Expected Version Tokens:
 
References:
[RFC6455] [RFC8441]

致谢

2017 年 HTTP 研讨会中进行了一次富有成效的讨论，帮助确定了关键问题和可接受的解决方案复杂度。

作者地址

Patrick McManus
Mozilla
EMail: mcmanus@ducksong.com