[250310] WebSocket이란?

WebSocket이란?

1. WebSocket 정의

WebSocket은 클라이언트와 서버 간의 양방향, 실시간 통신을 가능하게 하는 프로토콜이다. 일반적인 HTTP 요청/응답 방식과 달리, WebSocket은 한 번 연결을 맺으면 유지된 상태에서 지속적으로 데이터를 주고받을 수 있는 특성을 가진다.

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2. WebSocket의 주요 특징

1. 풀 이중 통신(Full-Duplex Communication)
   • 클라이언트와 서버가 서로 데이터를 비동기적으로 주고받을 수 있음.
   • 기존 HTTP의 요청-응답 모델과 다르게, 서버도 클라이언트에게 먼저 데이터를 보낼 수 있음.
2. 지속적인 연결(Persistent Connection)
   • 초기 핸드셰이크(Handshake) 후, TCP 연결이 끊어지지 않고 유지됨.
   • 추가적인 연결 설정이 필요 없으므로 네트워크 오버헤드가 감소함.
3. 낮은 지연시간(Low Latency)
   • HTTP 요청을 통한 폴링(Polling) 방식보다 더 빠른 실시간 데이터 전송 가능.
   • 온라인 게임, 채팅 애플리케이션, 주식 거래 시스템 등에서 활용됨.
4. 헤더 오버헤드 감소
   • WebSocket은 처음 연결 시 HTTP 핸드셰이크를 수행하지만, 이후에는 최소한의 헤더를 사용하여 네트워크 사용량을 절약함.

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3. WebSocket 연결 과정

1️⃣ 핸드셰이크(Handshake)

• WebSocket은 기존 HTTP를 이용해 초기 연결을 설정함.
• 클라이언트가 HTTP Upgrade 요청을 보내고, 서버가 이를 승인하면 WebSocket 연결이 확립됨.

# makefile
GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9YZrdjA==
Sec-WebSocket-Version: 13

• 서버 응답:

# makefile
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=

• 이후부터는 WebSocket 프레임(Frame) 기반으로 양방향 통신이 시작됨.

2️⃣ 데이터 전송 (Message Frame)

• WebSocket은 데이터를 프레임(Frame) 단위로 주고받음.
• 주요 프레임 유형:

3️⃣ 연결 종료 (Closing Connection)

• 클라이언트 또는 서버가 Close Frame을 보내면, WebSocket 연결이 종료됨.

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4. WebSocket vs HTTP 비교

특징	WebSocket	HTTP
통신 방식	양방향 (Full-Duplex)	단방향 (Request-Response)
연결 유지	지속 연결	요청마다 새 연결 생성
데이터 전송 속도	빠름 (낮은 지연시간)	상대적으로 느림
헤더 오버헤드	낮음 (최소한의 헤더)	많음 (각 요청마다 헤더 포함)
사용 사례	실시간 채팅, 게임, 금융 데이터	정적 웹페이지, API 호출

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5. WebSocket 사용 예제 (Python & JavaScript)

📌 Python (FastAPI) 기반 WebSocket 서버

from fastapi import FastAPI, WebSocket
from fastapi.responses import HTMLResponse

app = FastAPI()

@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(websocket: WebSocket):
    await websocket.accept()
    while True:
        data = await websocket.receive_text()
        await websocket.send_text(f"Message received: {data}")

📌 JavaScript (프론트엔드)

const socket = new WebSocket("ws://localhost:8000/ws");

socket.onopen = () => {
    console.log("WebSocket Connected!");
    socket.send("Hello Server!");
};

socket.onmessage = (event) => {
    console.log("Received: " + event.data);
};

socket.onclose = () => {
    console.log("WebSocket Disconnected!");
};

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6. WebSocket의 주요 활용 사례

1. 실시간 채팅(Chatting)
   • WhatsApp, Slack, Discord 등 실시간 메시징 서비스
2. 온라인 게임 (Online Multiplayer Games)
   • 게임 내 실시간 상태 동기화, 플레이어 간 이벤트 전달
3. 주식 및 금융 데이터 스트리밍
   • 실시간 주가 변동, 트레이딩 시스템
4. IoT 데이터 스트리밍
   • 센서 데이터 수집 및 원격 제어
5. 라이브 스트리밍 & 스포츠 중계
   • 실시간 방송, 경기 점수 업데이트
6. 협업 도구 (Google Docs 같은 동시 편집)
   • 여러 사용자가 동시에 문서를 편집할 수 있도록 데이터 동기화

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7. WebSocket의 한계점 및 대안

❌ WebSocket의 단점

1. 서버 부하 증가
   • 다수의 WebSocket 연결을 관리하려면 메모리 및 CPU 사용량 증가.
2. 프록시 및 방화벽 문제
   • 일부 네트워크 환경(기업 내부망 등)에서 WebSocket이 차단될 가능성이 있음.
3. 브라우저 및 네트워크 지원
   • 오래된 브라우저 및 일부 네트워크 환경에서는 지원되지 않을 수 있음.

✅ WebSocket 대안 기술

대안	설명
SSE (Server-Sent Events)	서버 → 클라이언트 단방향 스트리밍 (HTTP 기반)
Long Polling	클라이언트가 지속적으로 요청을 보내는 방식 (비효율적)
gRPC Streaming	HTTP/2 기반의 효율적인 데이터 스트리밍

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8. 결론

• WebSocket은 지속적인 연결을 유지하면서 양방향 데이터를 빠르게 주고받을 수 있는 기술로, 실시간 애플리케이션에서 필수적으로 사용됨.
• HTTP 기반의 폴링(Polling) 방식보다 네트워크 효율이 좋고, 응답 속도가 빠름.
• 하지만 서버 부하 및 네트워크 환경에 따라 적절한 대안을 고려해야 함.

✅ 사용해야 할 때: 실시간 데이터가 필요한 경우 (채팅, 게임, 스트리밍 등)
❌ 피해야 할 때: 단순한 요청-응답 기반 API (RESTful API가 적합)