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HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain
Transfer-Encoding: chunked
25
This is the data in the first chunk
1C
and this is the second one
3
con
8
sequence
0
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。
一、HTTP/0.9
1.1 简介
这是第一个定稿的HTTP协议。
1.2 请求格式
比如发起一个GET请求:
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。
1.3 响应格式
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。
服务器发送完毕,就关闭TCP连接。
二、HTTP/1.0
2.1 简介
跟现在比较普遍适用的1.1版本已经相差不多。
首先,任何格式的内容都可以发送。这使得互联网不仅可以传输文字,还能传输图像、视频、二进制文件。这为互联网的大发展奠定了基础。
其次,除了GET命令,还引入了POST命令和HEAD命令,丰富了浏览器与服务器的互动手段。
再次,HTTP请求和回应的格式也变了。除了数据部分,每次通信都必须包括头信息(HTTP header),用来描述一些元数据。
其他的新增功能还包括状态码(status code)、多字符集支持、多部分发送(multi-part type)、权限(authorization)、缓存(cache)、内容编码(content encoding)等。
2.2 请求格式
下面是一个1.0版的HTTP请求的例子。
可以看到,这个格式与0.9版有很大变化。
第一行是请求命令,必须在尾部添加协议版本(HTTP/1.0)。后面就是多行头信息,描述客户端的情况。
客户端请求的时候,可以使用Accept字段声明自己可以接受哪些数据格式。上面代码中,客户端声明自己可以接受任何格式的数据。
2.3 响应格式
服务器的回应如下:
回应的格式是"头信息 + 一个空行(\r\n) + 数据"。其中,第一行是"协议版本 + 状态码(status code) + 状态描述"。
2.4 Content-Type 字段
关于字符的编码,1.0版规定,头信息必须是 ASCII 码,后面的数据可以是任何格式。因此,服务器回应的时候,必须告诉客户端,数据是什么格式,这就是Content-Type字段的作用。
2.5 缺点
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。
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。
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。
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。
三、HTTP/1.1
3.1 持久连接和管道机制
在1.1版本以前,每次HTTP请求,都会重新建立一次TCP连接,服务器响应后,就立刻关闭。众所周知,建立TCP连接的新建成本很高,因为需要三次握手,并且有着慢启动的特性导致发送速度较慢。而1.1版本添加的持久连接功能可以让一次TCP连接中发送多条HTTP请求,值得一提的是默认是,控制持久连接的Connection字段默认值是keep-alive,也就是说是默认打开持久连接,如果想要关闭,只需将该字段的值改为close。
而管道化则赋予了客户端在一个TCP连接中连续发送多个请求的能力,而不需要等到前一个请求响应,这大大提高了效率。值得一提的是,虽然客户端可以连续发送多个请求,但是服务器返回依然是按照发送的顺序返回。(强调的是request不需要等待上一个request的response,其实发送的request还是有顺序的,服务端按照这个顺序接收,依次返回响应)
HTTP/1.1允许多个http请求通过一个套接字同时被输出 ,而不用等待相应的响应。然后请求者就会等待各自的响应,这些响应是按照之前请求的顺序依次到达。(me:所有请求保持一个FIFO的队列,一个请求发送完之后,不必等待这个请求的响应被接受到,下一个请求就可以被再次发出;同时,服务器端返回这些请求的响应时也是按照FIFO的顺序)。管道化的表现可以大大提高页面加载的速度,尤其是在高延迟连接中。
3.2 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。
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。
3.3 分块传输编码
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。
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。
3.3 其他功能
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。
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。
3.4 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)。
四、SPDY 协议
2009年,谷歌公开了自行研发的 SPDY 协议,主要解决 HTTP/1.1 效率不高的问题。
这个协议在Chrome浏览器上证明可行以后,就被当作 HTTP/2 的基础,主要特性都在 HTTP/2 之中得到继承。
五、HTTP/2
5.1 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。
二进制协议的一个好处是,可以定义额外的帧。HTTP/2 定义了近十种帧,为将来的高级应用打好了基础。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。
5.2 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"。
举例来说,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)。
5.3 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。
5.4 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。
5.5 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。
整理自:http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/08/http.html
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