HTTP协议

tech2022-07-16  174

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。

协议历史版本

0.9

 1.0

 1.1

 2.0

 

0.9

该版本只有一个GET命令

GET /index.html

上面命令表示,TCP 连接(connection)建立后,客户端向服务器请求(request)网页index.html。

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。

 

1.0

1996年5月,HTTP/1.0 版本发布。

请求格式

GET / HTTP/1.0  //请求命令,必须在尾部添加协议版本(HTTP/1.0)

//多行头信息(请求头)

User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)  //用户代理,简称 UA,声明客户的操作系统、CPU 、浏览器等。

Accept: */*//声明自己可以接受哪些数据格式,*/*表示可以接受任何格式的数据

Accept-Encoding: gzip, deflate//说明自己可以接受哪些压缩方法

 

回应格式

//头信息必须是 ASCII 码

HTTP/1.0 200 OK  //协议版本 + 状态码(status code + 状态描述Content-Type: text/plain; charset=utf-8//数据格式,可以在尾部使用分号,添加参数。可自定义数据格式。

Content-Encoding: gzip//说明数据的压缩方法

Content-Length: 137582

Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMTLast-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMTServer: Apache 0.84

<html> //数据部分,可以是任何格式

  <body>Hello World</body> </html>

回应的格式是"头信息 + 一个空行(\r\n) + 数据"

数据格式text/html和text/plain的区别

1、text/html的意思是将文件的content-type设置为text/html的形式,浏览器在获取到这种文件时会自动调用html的解析器对文件进行相应的处理。

2、text/plain的意思是将文件设置为纯文本的形式,浏览器在获取到这种文件时并不会对其进行处理。

 

缺点

每个TCP连接只能发送一个请求。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的性能较差。

解决方法

非标准的Connection字段

Connection: keep-alive

这个字段要求服务器不要关闭TCP连接,以便其他请求复用。服务器同样回应这个字段。

Connection: keep-alive

一个可以复用的TCP连接就建立了,直到客户端或服务器主动关闭连接。但是,这不是标准字段,不同实现的行为可能不一致,因此不是根本的解决办法。

 

1.1

1997年1月,HTTP/1.1 版本发布,只比 1.0 版本晚了半年。

持久连接

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。

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。

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

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。

举例

客户端需要请求两个资源。以前的做法是,在同一个TCP连接里面,先发送A请求,然后等待服务器做出回应,收到后再发出B请求。管道机制则是允许浏览器同时发出A请求和B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

使用Content-Length字段的前提条件是,服务器发送回应之前,必须知道回应的数据长度。

对于一些很耗时的动态操作来说,这意味着,服务器要等到所有操作完成,才能发送数据,显然这样的效率不高。更好的处理方法是,产生一块数据,就发送一块,采用"流模式"(stream)取代"缓存模式"(buffer)。

因此,1.1版规定可以不使用Content-Length字段,而使用"分块传输编码"(chunked transfer encoding)。只要请求或回应的头信息有Transfer-Encoding字段,就表明回应将由数量未定的数据块组成。

Transfer-Encoding: chunked

每个非空的数据块之前,会有一个16进制的数值,表示这个块的长度。最后是一个大小为0的块,就表示本次回应的数据发送完了。下面是一个例子。

HTTP/1.1 200 OKContent-Type: text/plainTransfer-Encoding: chunked

25 This is the data in the first chunk

1C and this is the second one

3 con

8 sequence

0

 

其他

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。

Host: www.example.com

有了Host字段,就可以将请求发往同一台服务器上的不同网站,为虚拟主机的兴起打下了基础。

 

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。

 

2

2015年,HTTP/2 发布。它不叫 HTTP/2.0,是因为标准委员会不打算再发布子版本了,下一个新版本将是 HTTP/3。

二进制协议

HTTP/1.1 版的头信息肯定是文本(ASCII编码),数据体可以是文本,也可以是二进制。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。

 

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"。

举例

在一个TCP连接里面,服务器同时收到了A请求和B请求,于是先回应A请求,结果发现处理过程非常耗时,于是就发送A请求已经处理好的部分, 接着回应B请求,完成后,再发送A请求剩下的部分。

这样双向的、实时的通信,就叫做多工(Multiplexing)。

 

数据流

因为 HTTP/2 的数据包是不按顺序发送的,同一个连接里面连续的数据包,可能属于不同的回应。因此,必须要对数据包做标记,指出它属于哪个回应。

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。

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。

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。

 

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)。

参考文章

http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/08/http.html

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