谈谈HTTP

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何为HTTP

在这个网络高速发展的时代,不管是我们上网看一篇小说,还是发一条微博,还是完成一次购物,还是看一个直播,背后都离不开HTTP了协议.可以说,没有它,我们就不能互相的联结在一起.

HTTP协议

HTTP是 Hypertext Transfer Protocol 的简称.翻译成中文是超文本传输协议.是由欧洲核子研究委员会(CERN)的蒂姆·伯纳斯 - 李（Tim Berners-Lee）的一位英国工程师发明的.

在1989年发表的一篇论文中,提出了互联网上构建超链接文档系统的构想.这篇论文中他确定了三项关键技术:

  • URI:
    Uniform Resource Identifier.统一资源标识符,作为互联网上资源的唯一身份.
    延深阅读: Wekipedia上关于URI的说明.

  • HTML:
    HyperText Makeup Language.超文本标记语言.
    关于HTML语法可参照

  • HTTP:
    Hypertext Transfer Protocol.超文本传输协议.

以上三项组成了我们熟知的Web,World Wide Web.

HTTP/0.9

20世纪90年代的HTTP被定义为0.9版.结构简单,不支持请求正文,不支持头部,只允许用GET方法从服务器上获取HTML文档,并在响应请求后立即关闭连接.
命令行如下:

GET /index.html

HTTP/1.0

HTTP/1.0版本在1996年发布.和0.9相比,它主要增加了以下几个变化:

  • 引入版本号,象征着工程化.(早期的HTTP/0.9是没有版本号.为了区别后来才加上的.)
  • 引入了header,把元数据和业务数据解耦.
  • 引入了多字符集
  • 增加了响应码,让请求双方以及第三方的监控或管理程序有了统一的认识.控制错误和业务错误的分离.
  • 增加了HEAD,POST新方法
  • 传输的数据不再仅限于文本.可以使用content-Type来传输其他文件.

HTTP/1.0的性能缺陷:
每请求一个资源都要新建一个TCP链接,并且是串行请求.影响网页的打开速度.

但是这时的HTTP/1.0还不是一个标准.

HTTP/1.1

1999年,HTTP/1.1发布了RFC文档,为其确定了编号2616,它是一个正式的标准.

HTTTP/1.1主要解决了HTTP/1.0的网络性能问题,主要变更点有:

  • 增加了PUT,DELETE等新方法
  • 增加了缓存管理和控制(cache control).
  • 明确了链接管理,允许持久连接.
    通过设置keepalive来让HTTP重用TCP链接,可以节省TCP三次握手的开销,称为HTTP长链接,HTTP Persistent Connection.
  • 支持pipeline网络传输.
    第一个请求发出后,不必等回来,就可以发送第二个请求,来减少整体的响应时间.
  • 允许响应数据分块,利于传输大文件.
    采用分块传输编码,响应的消息将由若干个块分次传输,而不是一次传回.最后会以一个长度为0的块和一个空行,来表示传输完毕.这种技术又叫做服务端Push模型.
  • 强制要求Host头,让互联网主机托管成为可能.
    因为可以有多个域名解析到一个IP上,加上HOST头后,服务器就知道你要请求哪个网站.
  • 协议头增加了Language,Encoding,Type等.

在2014年,HTTP/1.1又做了一次修订.原来的一个大文档被分成了六个小文档(7230-7235),优化了细节.

在介绍HTTP/2.0之前,让我们先来看看一个HTTP请求到底是什么样子的.

1.构建HTTP请求

打开命令行,输入:

telent www.google.com 80

会显示:

Trying 172.217.161.228...
Connected to www.google.com.
Escape character is '^]'.

接着输入以下请求:

GET / HTTP/1.1
Host:www.google.com
User-Agent:Mozila/1.22
Connection:keep-alive
Accept:text/html

HTTP协议是基于TCP协议的,使用面向连接的方式发送请求.通过stream二进制流的方式传给对方.下面是得到Google的回应:

HTTP/1.1 200 OK
Date: Thu, 16 Jan 2020 12:16:01 GMT
Expires: -1
Cache-Control: private, max-age=0
Content-Type: text/html; charset=ISO-8859-1
P3P: CP="This is not a P3P policy! See g.co/p3phelp for more info."
Server: gws
X-XSS-Protection: 0
X-Frame-Options: SAMEORIGIN
Set-Cookie: 1P_JAR=2020-01-16-12; expires=Sat, 15-Feb-2020 12:16:01 GMT; path=/; domain=.google.com; Secure
Set-Cookie: NID=196=JN76tY2TOSKUHfy8MKnwsx2iWggCb52KXI7JYFydFC408Mrd1K0fN3wCjxgsL3juw-qmUPlRIfMaAsi-UOAeFPUyGLB0Ma56o878yThR3hZbJaBUxgy9hvs7hUCFV_CXNX_GsUU9v8u4qIO-BiP-uDuGpCaeVjIJV_ab9s2ZkPg; expires=Fri, 17-Jul-2020 12:16:01 GMT; path=/; domain=.google.com; HttpOnly
Accept-Ranges: none
Vary: Accept-Encoding
Transfer-Encoding: chunked

32cc
...(html)
0

Connection closed by foreign host.

从上面可以看出,HTTP返回报文的格式:

  • 状态行:版本号,状态码,短语 cr lf
  • 首部:首部字段名:字段值(复数) cr lf cr lf
  • 实体

HTTP/2.0

虽然HTTP/1.1在网络性能上解决了许多问题,但是数据传输成本大(借助消耗CPU的压缩减少带宽),请求的串行发送的一些特点却没有改变.

Google开发自己的浏览器Chrome,推出了新的SPDY协议.互联网标准化组织以SPDY协议为基础,在2015年发布了HTTP/2,RFC编号为7540.

HTTP/2.0的主要特点:

  • 二进制格式编码,不再是纯文本.增加了传输的效率.
    常见的又Header帧,用于传输Header内容,并且会开始一个新的流.然后是Data流,用于传输正文实体.多个Data帧属于同一个流.
    HTTP数据链传送
    图片引用于<极客时间 刘超老师的 趣谈网络协议之HTTP协议>
  • 可发起多个请求,废弃了1.1的管道.
  • 使用专用算法压缩头部,减少数据传输量.使用HPACK算法.
  • 允许服务器主动向客户端推送(服务端PUSH)数据.
    没有请求的东西,服务端也可以先送给你放在你的本地缓存中.
  • 增强了安全性,要求加密通信.

HTTP/2.0的这些特点,使在性能上有很大的提高.

HTTP/3.0

不管是HTTP/1.1,还是HTTP/2.0,其主要的性能问题还是,若干个HTTP的请求复用一个TCP链接,底层的TCP协议是不知道上层有多少个HTTP请求的.一旦丢包,就会造成所有的HTTP请求必须等待丢包被重传回来.

这个问题又叫做Head-of-Line Blocking问题.

Google又发明了一个新的协议,叫做QUIC,把HTTP的底层协议改成了UDP.

QUIC的特点:

  1. 自定义连接机制
    采用64位随机ID作为标识,解决了一条TCP连接的四元标识(源IP,源端口,目的IP,目的端口),一个元标识改变就要重连的问题.
  2. 自定义重传机制
    定义offset概念,QUIC有个序列号是递增的.发送的数据在数据流里面有个偏移量offset.通过offset查看数据发送到哪里,如果offset包没有到达,就重发.到了,就拼接.
  3. 多路复用
    同一条QUIC连接上可以创建多个stream,来发送多个HTTP请求.
  4. 自定义流量控制
    通过window_update,来告诉对端可以接收的字节数.
  5. 把TCP和TLS合并成三次握手
    QUIC是一个在UDP上的伪TCP+TLS+HTTP/2的多路复用协议

在2018年,互联网标准化组织 IETF 提议将“HTTP over QUIC”更名为“HTTP/3”并获得批准，HTTP/3 正式进入了标准化制订阶段.

或许不久的将来,我们就可以大规模的使用HTTP/3.0了吧.

参考:

  1. 陈皓老师的<HTTP的前世今生>
  2. 极客时间 刘超老师的 趣谈网络协议之HTTP协议
  3. 全栈工程师修炼指南

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