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HTTP

什么是HTTP协议

超文本传输协议,是互联网上应用最为广泛的一种网络协议,用于规范客户端和服务端通信.

HTTP历史发展

1. HTTP/0.9

HTTP 的最早版本.没有 HTTP 头，没有状态码，甚至版本号也没有,只支持一种方法—— Get,只能传输文本.

2. HTTP/1.0

  • 除了文字，还可以发送图片、视频等
  • 请求与响应支持 HTTP 头，增加了状态码，响应对象的一开始是一个响应状态行
  • 协议版本信息需要随着请求一起发送，支持 HEAD，POST 方法

3. HTTP/1.1

  • 可以复用连接
  • 增加 pipeline
  • chunked 编码传输
  • 引入更多缓存控制机制
  • 引入内容协商机制
  • 请求消息和响应消息都支持 Host 头域
  • 新增了 OPTIONS,PUT, DELETE, TRACE, CONNECT 方法

4. HTTPS

超文本传输安全协议,关于https详解及与http区别下文会讲到.

5. SPDY

在 2010 年到 2015 年，谷歌通过实践一个实验性的 SPDY 协议,是http2的前身

  • 页面加载时间 (PLT) 减少 50%。
  • 无需网站作者修改任何内容。
  • 将部署复杂性降至最低，无需变更网络基础设施。
  • 与开源社区合作开发这个新协议。
  • 收集真实性能数据，验证这个实验性协议是否有效。

6. HTTP/2.0

  • 使用二进制分帧层
  • 多路复用
  • 数据流优先级
  • 服务端推送
  • 头部压缩
  • 现实中的 HTTP2 都是在 HTTPS 上实现的

HTTP原理详解

HTTP协议是构建在TCP/IP协议族之上的，是TCP/IP协议族的一个子集，所以要理解HTTP协议，有必要先了解下TCP/IP协议族相关的知识。

TCP/IP协议族

TCP/IP协议族是由一个四层协议组成的系统，这四层分别为：应用层、传输层、网络层和数据链路层.
分层的好处是把各个相对独立的功能解耦，层与层之间通过规定好的接口来通信。如果以后需要修改或者重写某一个层的实现，只要接口保持不变也不会影响到其他层的功能。

  1. 应用层
    应用层一般是我们编写的应用程序，其决定了向用户提供的应用服务。应用层可以通过系统调用与传输层进行通信。
    处于应用层的协议非常多，比如：FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）、DNS（Domain Name System，域名系统）和我们本章讨论的HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）等
  2. 传输层
    传输层通过系统调用向应用层提供处于网络连接中的两台计算机(客户端和服务端)之间的数据传输功能。
    在传输层有两个性质不同的协议：TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和UDP（User Data Protocol，用户数据协议）。
  3. 网络层
    用来处理在网络上流动的数据包，数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径（传输路线）到达对方计算机，并把数据包传输给对方。
    网络层中应用IP协议,此协议并不是DNS解析域名为ip地址的过程(DNS属于应用层),而是通过ip地址和MAC地址实现数据传输的协议.
  4. 链路层
    链路层用来处理连接网络的硬件部分，包括控制操作系统、硬件设备驱动、NIC（Network Interface Card，网络适配器）以及光纤等物理可见部分。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

一次完整的HTTP事务流程

从浏览器输入地址到呈现内容,中间都经历了什么?

  1. 域名解析

    解析过程:
    • 浏览器DNS缓存
    • 系统DNS缓存
    • hosts文件
    • 路由缓存
    • 本地区域名服务器(LDNS)
    • 根域名服务器
    • 顶级域名服务器(com,net等)
  2. 发起TCP的三次握手
    • 第一次握手：客户端发送带有SYN标志的连接请求报文段，然后进入SYN_SEND状态，等待服务端的确认。
      • 由浏览器发起，告诉服务器我要发送请求了
    • 第二次握手：服务端接收到客户端的SYN报文段后，需要发送ACK信息对这个SYN报文段进行确认。同时，还要发送自己的SYN请求信息。服务端会将上述的信息放到一个报文段（SYN+ACK报文段）中，一并发送给客户端，此时服务端将会进入SYN_RECV状态。
      • 由服务器发起，告诉浏览器我准备接受了，你赶紧发送吧
    • 第三次握手：客户端接收到服务端的SYN+ACK报文段后，会向服务端发送ACK确认报文段，这个报文段发送完毕后，客户端和服务端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。
      • 由浏览器发送，告诉服务器，我马上就发了，准备接受吧

为啥三次握手：为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误

  1. 建立TCP连接后发起http请求
    数据包封装

    发送端发送数据时，数据会从上层传输到下层，且每经过一层都会被打上该层的头部信息。而接收端接收数据时，数据会从下层传输到上层，传输前会把下层的头部信息删除.

  2. 服务器响应http请求，浏览器得到HTML代码

  3. 浏览器解析HTML代码，并请求HTML代码中的资源

  4. 浏览器对页面进行渲染呈现给用户

  5. 连接结束TCP四次挥手

    • 第一次: 客户端告诉服务端没有数据要发送了；我请求报文发送完了，你准备关闭吧
    • 第二次: 服务端告诉客户端,知道了,我请求报文接受完了，但我还不确定有没有数据发给你,稍等
    • 第三次: 服务端告诉客户端,我也没数据发送了，我响应报文发送完了,可以断开了
    • 第四次: 客户端,收到了，我响应报文接受完了,断开吧

HTTP请求的消息结构

整个http消息结构分为request以及response两部分.详细参数解析

HTTPS

超文本传输安全协议，是安全通信通道，简单来说是 HTTP 的安全版本，是使用 TLS/SSL 加密的 HTTP 协议。

与http相比:

SSL/TLS

SSL/TLS 全称安全传输协议 Transport Layer Security，是介于 TCP 和 HTTP 之间的一层安全协议，不影响原来的 HTTP 和 TCP 协议。
SSL/TLS 的功能实现主要依赖于三类基本算法：散列函数、Hash、对称加密和非对称加密，其利用非对称加密实实现身份认证和密钥协商，对称加密算法采用协商的密码对数据加密，基于散列函数验证信息的完整性。

HTTP和HTTPS的区别

  • HTTPS 是加密传输协议，HTTP 是明文传输协议
  • HTTPS 需要用到 SSL/TLS 证书，而 HTTP 不用
  • HTTPS 比 HTTP 更安全，对搜索引擎更友好，利于 SEO
  • HTTS 标准端口443，HTTP 标准端口80
  • HTTPS 基于传输层，HTTP 基于应用层
  • HTTPS 在浏览器显示绿色安全锁，HTTP 没有

延伸问题

  • 现代浏览器在与服务器建立了一个 TCP 连接后是否会在一个 HTTP 请求完成后断开？什么情况下会断开？
    • 在http1.0中在服务器发完一个http响应后会断开tcp
    • 由于这样代价非常大,即便标准中没有设定,但有些浏览器对Connection:keep alive进行支持.因此不会断开tcp链接.
    • HTTP/1.1 就把 Connection 头写进标准，并且默认开启持久连接，除非请求中写明 Connection: close
  • 一个 TCP 连接可以对应几个 HTTP 请求？
    • 上述说了,tcp不会中断,因此能承载多个http请求
  • 为什么有的时候刷新页面不需要重新建立 SSL 连接？
    • TCP 连接有的时候会被浏览器和服务端维持一段时间。TCP 不需要重新建立，SSL 自然也会用之前的。
  • 一个 TCP 连接中 HTTP 请求发送可以一起发送么（比如一起发三个请求，再三个响应一起接收）？
    • http1.1中,一个tcp链接同一时刻只能处理一个http请求.为解决此问题,其中规范规定了Pipelining 来试图解决这个问题，但是这个功能在浏览器中默认是关闭的。
    • Pipelining: 一个支持持久连接的客户端可以在一个连接中发送多个请求（不需要等待任意请求的响应）。收到请求的服务器必须按照请求收到的顺序发送响应。(同时响应的话,无法对应是哪个请求)
    • Pipelining的问题: 一些代理服务器不能正确的处理 HTTP Pipelining;正确的流水线实现是复杂的; 连接阻塞(由于按顺序返回,即使其他请求处理完成,前边的请求超时,也要等待)
    • HTTP2 提供了 Multiplexing 多路传输特性(并行请求,并行响应)
  • 浏览器对同一 Host 建立 TCP 连接的数量有没有限制？
    • Chrome 最多允许对同一个 Host 建立六个 TCP 连接。不同的浏览器有一些区别。
  • 收到的 HTML 如果包含几十个图片标签，这些图片是以什么方式、什么顺序、建立了多少连接、使用什么协议被下载下来的呢？
    • 如果图片都是 HTTPS 连接并且在同一个域名下，那么浏览器在 SSL 握手之后会和服务器商量能不能用 HTTP2，如果能的话就使用 Multiplexing 功能在这个连接上进行多路传输。
    • 也可能建立多个 TCP 连接去获取，但可以确定的是 Multiplexing 很可能会被用到。

参考:

http系列
前端必知必会HTTP请求系列（一）了解Web及网络基础
前端必知必会HTTP请求系列（二）简单一点的HTTP协议
前端必知必会HTTP请求系列（三）HTTP报文内的http信息
HTTP和HTTPS协议，看一篇就够了
前端应该知道的http
写给前端的Http详解
Web前端面试——HTTP部分
深入理解HTTPS

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