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几分钟带你搞定HTTP的前世今生

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简介

HTTP(超文本传输协议)，是用于从万维网服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议，是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，所有的www文件都必须遵守这个标准。

HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议，由于其简便、快速的方式，适用于分布式超媒体信息系统。 它于1990年提出，经过几年的使用与发展，得到不断地完善和扩展。

几分钟带你搞定HTTP的前世今生

HTTP协议版本

大致的版本可以分为以下五个：

  • HTTP/0.9(初始诞生)
  • HTTP/1.0
  • HTTP/1.1
  • HTTP/2
  • HTTP/3

发展的历史如下：

几分钟带你搞定HTTP的前世今生

HTTP/0.9

该版本极其简单，起初是为了学术交流，传递html文本，只有一个命令 GET

  1. TCP建立连接
  2. 客户端发GET请求 /index.html
  3. 服务器返回html文件，以ASCII字符流返回
  4. 断开连接

-- 特点：

  1. 只有请求行，没有请求头和请求体
  2. 服务器没有响应头，直接返回数据就可以
  3. 内容都是以ASCII字符流来传输

HTTP/1.0

浏览器的诞生，支持多类型文件的下载 (html, css, js, 图片，音频，视频)，于是http就不得不支持不同类型文件的下载

-- 如何实现多种类型文件的下载？

  1. 引入请求头和响应头，key-value
  2. http发请求时会带上请求头信息，服务器返回数据时，会先返回响应头信息

-- 请求头和响应头是如何工作的？

  1. 浏览器要知道服务器返回的类型；
  2. 浏览器要知道服务器返回的数据压缩方式；
  3. 浏览器要知道服务器文件的编码方式；

请求头：

accept: text/html //类型
accept-encoding: gzip,deflate,br //压缩方式
accept-Charset: ISO-8859-1,utf-8 //编码方式
accept-language: zh-CN,zh-xx //语言

响应头：

content-encoding: br
content-type: text/html; charset=utf-8

status: 200 //状态码
cache //(缓存)机制
content-length: 901

HTTP/1.1 (缝缝补补)

对于 1.0：

建立连接 --- HTTP请求 HTTP响应 --- 断开连接
建立连接 --- HTTP请求 HTTP响应 --- 断开连接
建立连接 --- HTTP请求 HTTP响应 --- 断开连接
···

在 1.1 时，引入了持久连接：建立一个TCP连接，可以进行多个http请求，即：

        -- http请求1 http响应1 --
        -- http请求2 http响应2 --
建立连接 -- http请求3 http响应3 --断开连接
        -- http请求4 http响应4 --
        -- http请求5 http响应5 --
        ···

请求头：Connection: close (不启用持久连接）

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

其他功能：

  1. 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。这样就进一步改进了HTTP协议的效率。
  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。
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。

  1. 分块传输编码（chunked transfer encoding）, 将数据分割成若干个数据块，每个数据块上标记数据块的长度，最后发送一个空数据块来告诉浏览器数据传输完毕。
Transfer-Encoding: chunked
  1. 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：队头阻塞

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‘队头阻塞’

这里再简单总结一下：

http/1.1的优化：

  • 增加了持久化连接
  • 浏览器可以同时维护6个TCP连接
  • 使用了CDN实现域名分片

主要存在的问题：

  1. 对带宽的利用率很低

    -- TCP慢启动

    -- 同时开启多条TCP连接会竞争固定带宽

    -- 队头阻塞问题

HTTP/2

多路复用（解决队头阻塞问题）

  • 一个域名只使用一个TCP的长连接
  • 资源并行请求

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。

可以设置请求的优先级 ：优先级越高，服务器就会越早回应

服务器推送 ：当服务器给客户端返回一个html后，服务器自己知道该html中需要哪几份js和css，那么服务器就提前准备好这些js和css并且一并将js，css发送给浏览器

头信息压缩压缩 ：请求头和响应头

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。

2.0的缺陷：

  1. TCP的队头阻塞：因为TCP的传输是有序的，单个数据包丢失会造成阻塞
  2. TCP建立连接的延时：TCP握手，HTTPS中的TLS加密过程也有一次握手

HTTP/3

由于HTTP/2存在的缺陷，那我们能否通过改进TCP协议来优化呢？

改进TCP协议（TCP僵化，实现不可能）

  1. 太多中间设备基于TCP生产，路由器、交换机...
  2. 操作系统内核也是基于TCP来工作的

于是乎HTTP/2存在的问题都是TCP导致的，既然改进TCP协议不现实，那不妨大胆一点，跳出这个禁锢，我们能否不基于TCP传输，使用UDP进行传输呢？所以有了UDP协议的升级。

QUIC协议（UDP升级）

  1. 有多路复用
  2. 传输可靠

几分钟带你搞定HTTP的前世今生

HTTP/3面临的挑战

  1. 浏览器和服务器都要升级支持QUIC协议
  2. 系统对UDP的优化很低，对TCP的优化很高
  3. 中间设备僵化

总结

这就是HTTP至今为止的故事，看完本文如果对你有所帮助，记得点赞支持，也可收藏方便随时查看啦，文章可能存在一些错误，欢迎指出，一起讨论共同进步。