http


OSI网络分层模型

第一层:物理层,网络的物理形式,例如电缆、光纤、网卡、集线器等等;
第二层:数据链路层,它基本相当于 TCP/IP 的链接层;
第三层:网络层,相当于 TCP/IP 里的网际层;
第四层:传输层,相当于 TCP/IP 里的传输层;
第五层:会话层,维护网络中的连接状态,即保持会话和同步;
第六层:表示层,把数据转换为合适、可理解的语法和语义;
第七层:应用层,面向具体的应用传输数据。

状态码

1××:提示信息,表示目前是协议处理的中间状态,还需要后续的操作;
2××:成功,报文已经收到并被正确处理;
3××:重定向,资源位置发生变动,需要客户端重新发送请求;
4××:客户端错误,请求报文有误,服务器无法处理;
5××:服务器错误,服务器在处理请求时内部发生了错误。

http0.9

HTTP 是基于 TCP/IP 协议的应用层协议。它不涉及数据包(packet)传输,主要规定了客户端和服务器之间的通信格式,默认使用80端口。

请求

最早版本是1991年发布的0.9版。该版本极其简单,只有一个命令GET。

GET /index.html

响应

协议规定,服务器只能回应HTML格式的字符串,不能回应别的格式。

<html>
  <body>Hello World</body>
</html>

服务器发送完毕,就关闭TCP连接。

http1.0

引入了POST命令和HEAD命令

请求

每次通信都必须包括头信息(HTTP header),用来描述一些元数据。

GET / HTTP/1.0
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)
Accept: */*

响应

  1. 响应第一行是”协议版本 + 状态码(status code) + 状态描述”。
  2. 接下来是”头信息 + 以一个空行结尾表示”头信息部分结束”(\r\n)
  3. 最后是”数据”部分
HTTP/1.0 200 OK 
Content-Type: text/plain
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMT
Last-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMT
Server: Apache 0.84

<html>
  <body>Hello World</body>
</html>

缺点

HTTP/1.0 版的主要缺点是,每个TCP连接只能发送一个请求。发送数据完毕,连接就关闭,如果还要请求其他资源,就必须再新建一个连接。

TCP连接的新建成本很高,因为需要客户端和服务器三次握手,并且开始时发送速率较慢(slow start)。所以,HTTP 1.0版本的性能比较差。

为了解决这个问题,有些浏览器在请求时,用了一个非标准的Connection字段。

http1.1

新增命令

1.1版还新增了许多动词方法:PUT、PATCH、HEAD、 OPTIONS、DELETE。

另外,客户端请求的头信息新增了Host字段,用来指定服务器的域名。

持久连接

1.1 版的最大变化,就是引入了持久连接(persistent connection),即TCP连接默认不关闭,可以被多个请求复用,不用声明Connection: keep-alive。

客户端和服务器发现对方一段时间没有活动,就可以主动关闭连接。不过,规范的做法是,客户端在最后一个请求时,发送Connection: close,明确要求服务器关闭TCP连接。

Connection: close

目前,对于同一个域名,大多数浏览器允许同时建立6个持久连接。

管道机制

1.1 版还引入了管道机制(pipelining),即在同一个TCP连接里面,客户端可以同时发送多个请求。这样就进一步改进了HTTP协议的效率。

管道机制: 在同一个tcp连接中, 在等待上一个请求响应的同时,发送下一个请求。但是服务器还是按照顺序,先回应A请求,完成后再回应B请求。

Content-Length字段

一个TCP连接现在可以传送多个回应,势必就要有一种机制,区分数据包是属于哪一个回应的。这就是Content-length字段的作用,声明本次回应的数据长度。

Content-Length: 3495

上面代码告诉浏览器,本次回应的长度是3495个字节,后面的字节就属于下一个回应了。

在1.0版中,Content-Length字段不是必需的,因为浏览器发现服务器关闭了TCP连接,就表明收到的数据包已经全了。

分块传输编码

Transfer-Encoding: chunked

缺点

虽然1.1版允许复用TCP连接,但是同一个TCP连接里面,所有的数据通信是按次序进行的。服务器只有处理完一个回应,才会进行下一个回应。要是前面的回应特别慢,后面就会有许多请求排队等着。这称为”队头堵塞”(Head-of-line blocking)。

为了避免这个问题,只有两种方法:一是减少请求数,二是同时多开持久连接。这导致了很多的网页优化技巧,比如合并脚本和样式表、将图片嵌入CSS代码、域名分片(domain sharding)等等。如果HTTP协议设计得更好一些,这些额外的工作是可以避免的。

https

不使用SSL/TLS的HTTP通信,就是不加密的通信。所有信息明文传播,带来了三大风险。

  1. 窃听风险(eavesdropping):第三方可以获知通信内容。
  2. 篡改风险(tampering):第三方可以修改通信内容。
  3. 冒充风险(pretending):第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法,也就是说,客户端先向服务器端索要公钥,然后用公钥加密信息,服务器收到密文后,用自己的私钥解密。

如何保证公钥不被篡改?

解决方法:将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的,公钥就是可信的。

公钥加密计算量太大,如何减少耗用的时间?

解决方法: 用非对称加密来传输对称加密的秘钥

SSL/TLS基本过程

  1. 客户端向服务器端索要并验证公钥。
  2. 双方协商生成”对话密钥”。
  3. 双方采用”对话密钥”进行加密通信。

http2

二进制化协议

HTTP/2 则是一个彻底的二进制协议,头信息和数据体都是二进制,并且统称为”帧”(frame):头信息帧和数据帧。

二进制协议的一个好处是,可以定义额外的帧。如果使用文本实现这种功能,解析数据将会变得非常麻烦,二进制解析则方便得多。

多工

HTTP/2 复用TCP连接,在一个连接里,客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应,而且不用按照顺序一一对应,这样就避免了”队头堵塞”。

HTTP/2 将每个请求或回应的所有数据包,称为一个数据流(stream)。每个数据流都有一个独一无二的编号。数据包发送的时候,都必须标记数据流ID,用来区分它属于哪个数据流。另外还规定,客户端发出的数据流,ID一律为奇数,服务器发出的,ID为偶数。

取消数据流

数据流发送到一半的时候,客户端和服务器都可以发送信号(RST_STREAM帧),取消这个数据流。1.1版取消数据流的唯一方法,就是关闭TCP连接。这就是说,HTTP/2 可以取消某一次请求,同时保证TCP连接还打开着,可以被其他请求使用。

定义优先级

客户端还可以指定数据流的优先级。优先级越高,服务器就会越早回应。

头信息压缩

HTTP 协议不带有状态,每次请求都必须附上所有信息。所以,请求的很多字段都是重复的,比如Cookie和User Agent,一模一样的内容,每次请求都必须附带,这会浪费很多带宽,也影响速度。

HTTP/2 对这一点做了优化,引入了头信息压缩机制(header compression)。一方面,头信息使用gzip或compress压缩后再发送;另一方面,客户端和服务器同时维护一张头信息表,所有字段都会存入这个表,生成一个索引号,以后就不发送同样字段了,只发送索引号,这样就提高速度了。

HPACK

服务器推送

HTTP/2 允许服务器未经请求,主动向客户端发送资源,这叫做服务器推送(server push)。

常见场景是客户端请求一个网页,这个网页里面包含很多静态资源。正常情况下,客户端必须收到网页后,解析HTML源码,发现有静态资源,再发出静态资源请求。其实,服务器可以预期到客户端请求网页后,很可能会再请求静态资源,所以就主动把这些静态资源随着网页一起发给客户端了。

http3

参考文章

  1. 《极客时间-透视HTTP协议》
  2. 全解网络协议
  3. HTTP 协议入门
  4. SSL/TLS协议运行机制的概述
  5. HTTP的前世今生
  6. 为什么 HTTPS 需要 7 次握手以及 9 倍时延
  7. 小林coding-20 张图解,为什么 HTTP3.0 使用 UDP 协议?

https://imququ.com/post/series.html

https://coolshell.cn/articles/19840.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/68024390

https://zhuanlan.zhihu.com/p/89471776

https://imququ.com/post/series.html

https://httpwg.org/specs/rfc7541.html

https://httpwg.org/specs/rfc7540.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/143464334

https://quicwg.org/base-drafts/draft-ietf-quic-http.html

https://www.chromium.org/quic

https://zhuanlan.zhihu.com/p/40595473

https://tools.ietf.org/html/rfc5246


文章作者: 金龙
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