砥砺前行

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HTTP 0.9

  • 只允许客户端发送 GET 这一种请求；
  • 且不支持请求头，协议只支持纯文本；
  • 无状态性，每个访问独立处理，完成断开；
  • 无状态码。

HTTP/1.0 介绍

  • 有身份认证，三次握手；
  • 请求与响应支持头域；

请求头内容： image

响应头内容： image

注意：

  • expires 是响应头内容，返回一个固定的时间,缺陷是时间到了服务器要重新设置；
  • 请求头中如果有 If-Modified-Since，服务器会将时间与 last-modified 对比，相同返回 304；
  • 响应对象以一个响应状态行开始；
  • 响应对象不只限于超文本；
  • 支持 GET、HEAD、POST 方法；
  • 有状态码；
  • 支持长连接（但默认还是使用短连接）、缓存机制以及身份认证。

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。 新建TCP连接的成本很高，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。所以，HTTP 1.0版本的性能比较差。随着网页加载的外部资源越来越多，这个问题就愈发突出了。 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。

Connection: keep-alive
1

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
1

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。

HTTP/1.1

请求头增加 Cache-Control

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注意：Cache-Control 的 max-age 返回是缓存的相对时间 Cache-Control 优先级比 expires 高 缺点：不能第一时间拿到最新修改文件。

请求消息结构

由请求行、请求头、一个空行和消息主体构成。

请求行

请求消息的第一行就是请求行。它指明使用的请求方法、资源标识符(URI)和 HTTP 协议版本。如：

GET /demo.htm HTTP/1.1
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请求方法

请求方法用来定义操作资源的方式，HTTP/1.1 协议中定义了八种请求方法：

  • GET：读取资源数据;
  • POST：新建资源数据;
  • PUT：更新资源数据;
  • DELETE：删除资源数据;
  • HEAD：读取资源的元数据;
  • OPTIONS：读取该资源所支持的所有请求方法;
  • TRACE：回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断;
  • CONNECT：HTTP/1.1 协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。通常用于 SSL 加密服务器的链接.

请求头字段

  • Cache-Control： 客户端希望服务端如何缓存自己的请求数据，如"Cache-Control: no-cache"，"Cache-Control: max-age=0"；
  • Connection： 客户端是否希望与服务端之间保持长连接，如"Connection: close", "Connection: keep-alive"；
  • Date： 只有当请求方法为 POST 或 PUT 方法时客户端才可能会有些字段；
  • Pragma： 包含了客户端一些特殊请求信息，如 "Pragma: no-cache", 客户端希望代理或应用服务器不应缓存与该请求相关的结果数据；
  • Accept： 表明客户端可接受的请求回应的媒体类型范围列表,如：如 Accept: text/html;
  • Accept-Charset： 客户端所能识别的字符集编码格式；
  • Accept-Language： 客户端所能识别的语言；
  • Host： 客户请求的主机域名或主机 IP；
  • User-Agent： 表明用户所使用的浏览器标识，主要用于统计的目的；
  • Referer： 指明该请求是从哪个页面连接过来的;
  • Accept-Encoding： 客户端所能识别的编码压缩格式，如："Accept-Encoding: gzip, deflate"；
  • If- Modified-Since： 该字段与客户端缓存相关，客户端所访问的 URL 自该指定日期以来在服务端是否被修改过，如果修改过则服务端返回新的修改后 的信息，如果未修改过则服务器返回 304 表明此请求所指 URL 未曾修改过；
  • If-None-Match： 该字段与客户端缓存相关，客户端发送 URL 请求的同时发送该字段及标识，如 果服务端的标识与客户端的标识一致，则返回 304 表明此 URL 未修改过，如果不一致则服务端返回完整的数据信息;
  • Cookie： 为扩展字段，存储于客户端，向同一域名的服务端发送属于该域的 cookie；
  • Content-Encoding： 客户端所能识别的编码压缩格式，如：Content-Encoding: gzip, deflate；
  • Content-Length： 客户端以 POST 方法上传数据时数据体部分的内容长度，如：Content-Length: 24；
  • Content- Type： 客户端发送的数据体的内容类型，如：Content-Type: application/x-www-form-urlencoded 为以普通的 POST 方法发送的数据；

空行

指示头字段区完成，消息主体开始（如果有消息主体的话）。

消息主体

消息主体是请求消息的承载数据。比如在提交 POST 表单，并且表单方法不是 GET 时，表单数据就是打包在消息主体内的。消息主体是可选的。

响应消息结构

状态行

由 http 协议版本、状态码、状态描述文字构成。如：

HTTP/1.1 200 OK
1

状态码

HTTP 状态码是用以表示网页服务器 HTTP 响应状态的 3 位数字代码。所有的状态码的第一个数字代表了响应的五种状态之一:

  • 1xx：代表请求已被接受，需要继续处理。这类响应是临时响应，只包含状态行和某些可选的响应头信息，并以空行结束；
  • 2xx：代表请求已成功被服务器接收、理解、并接受；
  • 3xx：代表需要客户端采取进一步的操作才能完成请求。通常，这些状态码用来重定向，后续的请求地址（重定向目标）在本次响应的Location 域中指明；
  • 4xx：代表了客户端看起来可能发生了错误，妨碍了服务器的处理。
  • 5xx：代表了服务器在处理请求的过程中有错误或者异常状态发生，也有可能是服务器意识到以当前的软硬件资源 无法完成对请求的处理。

详见百度百科

常见状态码有：

  • 200: 请求已经成功，请求所希望的响应头或者数据体将随着此响应返回 ;
  • 202: 服务器已接受请求，但尚未处理。
  • 204: 服务器成功处理了请求，但不需要返回任何实体内容，并且希望返回更新了的元信息;
  • 301：永久重定向;
  • 302：临时重定向;
  • 304：被请求的资源内容没有发生更改;
  • 400：Bad Request 服务器无法理解请求的格式，客户端不应当尝试再次使用相同的内容发起请求;
  • 401：Unauthorized 请求未授权;
  • 403：Forbidden 禁止访问;
  • 404：Not Found 请求失败，请求所希望得到的资源未被在服务器上发现;
  • 408：请求超时。客户端可以再次提交这一请求而无需任何修改;
  • 500：服务器内部错误，无法处理请求 ;
  • 502：作为网关或者代理工作的服务器尝试执行请求时，从上游服务器接收到无效响应。
  • 503：由于临时的服务器维护或者过载，服务器当前无法处理请求。

请点击这里查看更多状态码

响应头字段

  • Cache- Control： 服务端要求中间代理及客户端如何缓存自己响应的数据，如"Cache-Control: no-cache"，如："Cache-Control: private"不希望被缓存，"Cache-Control: public" 可以被缓存；
  • Connection： 服务端是否希望与客户端之间保持长连接； Date：只有当请求方法为 POST 或 PUT 方法时客户端才可能会有些字段；
  • Pragma： 包含了服务端一些特殊响应信息，如"Pragma: no-cache"服务端希望代理或客户端不应缓存结果数据；
  • Transfer-Encoding： 服务端向客户端传输数据所采用的传输模式(仅在 HTTP1.1 中出现)；
  • Accept-Ranges： 表明服务端接收的数据单位，如：Accept-Ranges: bytes；
  • Location： 服务端向客户端返回此信息以使客户端进行重定向；
  • Server： 服务器的名称;
  • ETag： 服务端返回的响应数据的标识字段，客户端可根据此字段的值向服务器发送某 URL 是否更新的信息；
  • Content-Encoding： 服务端响应数据的编码格式，如："Content-Encoding: gzip"；
  • Content-Length： 服务端返回数据的数据体部分的内容长度，如："Content-Length: 24"；
  • Content-Type： 服务端返回的数据体的内容类型，如："Content-Type: text/html; charset=utf-8"；
  • Set-Cookie： 服务端返回给客户端的 cookie 数据;

持久连接(keep-alive)

HTTP1.1 版的最大变化，就是引入了持久连接，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
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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

HTTP1.1版还引入了管道机制，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。 举例来说：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
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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"。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
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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。

Host: www.example.com;
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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"。 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。

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。

HTTP/2

  • 采用二进制格式传输；

  • 多路复用，其实就是将请求数据分成帧乱序发送到 TCP 中。TCP 只能有一个 steam，所以还是会阻塞；

  • 报头压缩；

  • 服务器推送主动向 B 端发送静态资源，避免往返延迟。

  • 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。

  • 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）。

  • 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。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）。
    • 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。

HTTP 3.0

是基于 QUIC 协议，基于 UDP。

特点:

  • 自定义连接机制：TCP 以 IP/端口标识，变化重新连接握手，UDP 是一 64 位 ID 标识，是无连接；
  • 自定义重传机制：TCP 使用序号和应答传输，QUIC 是使用递增序号传输； 无阻塞的多路复用：同一条 QUIC 可以创建多个 steam。

HTTP 协议是互联网的基础协议，它是基于TCP/IP协议(传输层协议)的应用层协议，不涉及数据包传输，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，是一种请求/响应式的协议，客户端与服务器建立连接后，发送一个请求给服务器，服务器接到请求后，给予相应的响应信息。

参考博文

  1. HTTP 协议入门
  2. HTTPS 升级指南
  3. HTTP,HTTP2.0,SPDY,HTTPS 你应该知道的一些事
  4. HTTP 协议简介
  5. 超文本传输协议（HTTP）介绍
  6. 一文读懂 HTTP/2 及 HTTP/3 特性

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