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浅浅得理解HTTP

本文主要内容基于HTTP1.1。

HTTP简介

为了了解HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议），我们需要从TCP/IP入手，HTTP就是它内部的一个子集。

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

在TCP/IP协议簇中有三个与HTTP密不可分的协议：IP，TCP，DNS。

  • IP协议是网络之间信息传送的协议，可通过IP路由将IP信息包从源设备(例如用户的计算机)传送到目的设备(它具有一个独一无二的IP地址)。
  • DNS协议提供通过域名查找IP地址。
  • TCP即传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议。简单来说TCP就是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认，如果有一个数据包丢失，就收不到确认，发送方就必须重发这个数据包。

下面就来了解下IP协议、TCP协议和DNS服务在使用HTTP协议的通信过程发挥的哪些作用：
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HTTP报文

HTTP协议规定，请求从客户端发出为请求，最后服务器端响应该请求并返回为响应。所以上图是请求过程，HTTP报文也就是请求报文，响应过程也类似，服务端发送的就叫做响应报文。HTTP协议是通过HTTP报文来交互信息的。

HTTP报文是由多行数据构成的字符串文本。大致分为报文首部、空行（划分作用）、报文主体（不一定要有）。

报文首部分为：

  1. 请求行：请求方法，请求URL，HTTP版本。
    GET www.xxx.com HTTP/1.1
  2. 状态行：响应结果的状态码，原因短语和HTTP版本。
    HTTP/1.1 200 OK
  3. 首部字段：通用首部、请求首部、响应首部、实体首部。

请求方法

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副作用：当你发送一个请求后，资源没有发生变化，就可以称为无副作用；
幂等：当你提交M次还N次，资源的状态都没有发生变化，就可以称为幂等。
1. GET：无副作用，幂等
2. POST：有副作用，非幂等
3. PUT：有副作用，幂等
4. DELETE：有副作用，幂等
5. HEAD：无副作用，幂等

状态码

状态码是在响应报文中，描述返回的请求结果。借助状态码可以知道服务是正常处理了请求，还是出现了错误。

1XX：信息性状态码

2XX：成功状态码

200：请求成功
204：请求处理成功，没有资源可以返回
206：客户端发送的范围请求头Range抓取到了资源的部分数据

3XX：重定向状态码

301：永久重定向。该状态码表示请求的资源已被分配了新的URL，以后应使用资源现在所指的URL。
302：临时重定向。该状态码表示请求的资源已被分配了新的URI，希望用户（本次）能使用新的URI访问。
304：文件未修改，浏览器中有缓存资源，使用缓存。

4XX：客户端错误状态码

400：客户端请求语法错误，服务器不能理解
401：请求未被授权
403：访问被服务器禁止，返回信息中会有说明
404：请求的资源不存在

5XX：服务器错误状态码

500：服务器发生未知错误，无法处理请求
503：服务器临时过载或当机，稍后可能恢复正常

首部字段

通用首部字段

请求报文和响应报文两方都会使用的首部。
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Connection：控制不在转发给代理的首部字段，管理持久连接（默认打开持久连接）

请求首部字段

请求报文时使用的首部。补充了请求的附加内容、客户端信息、响应内容相关优先级等信息。
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Host：唯一一个必须包含在请求内的首部字段。请求被发送至服务器时，请求中的主机名会用IP地址直接替换解决。但如果这时，相同的IP地址下部署运行着多个域名，那么服务器就会无法理解究竟是哪个域名对应的请求。因此，就需要使用首部字段Host来明确指出请求的主机名。若服务器未设定主机名，那直接发送一个空值即可。

响应首部字段

响应报文时使用的首部。补充了响应的附加内容，也会要求客户端附加额外的内容信息。
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实体首部字段

针对请求报文和响应报文的实体部分使用的首部。补充了资源内容更新时间等与实体有关的信息。浅浅得理解HTTP_第6张图片

为Cookie设置的首部字段浅浅得理解HTTP_第7张图片

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响应报文会在Set-Cookie字段保存服务器需要客户端保存的cookie信息，当再次向该服务器发送信息时，就会自动带上cookie字段，将上次的cookie信息带上去。cookie最近也出了新的SameSite属性：

1. Strict：最严格，完全禁止第三方cookie
2. Lax：默认是这个，链接，预加载请求，GET 表单可以使用第三方cookie
3. None：可以使用第三方cookie，前提是必须同时设置Secure属性（Cookie 只能通过 HTTPS 协议发送），否则无效。

客户端缓存

根据这些首部字段再来谈谈缓存问题。客户端会根据响应报文的缓存状况缓存请求结果，缓存又分为强制缓存和协商缓存。

客户端会先根据强制缓存判断资源是否过期，如果过期也就是强制缓存失效。
再进行协商缓存判断，带上响应报文的Etag和Last-Modified的值，改字段名为If-None-Match和If-Modified-Since，发给服务器。
服务器比较下自己资源更新时间，无更新返回304，有更新返回新的资源。

  • 强制缓存
    优先级：Cache -Control > Expires
    Expires：实体首部字段，服务器返还该请求结果缓存到期时间
    Cache-Control：通用首部字段，控制缓存的行为

    • public（客户端 代理服务器都可以缓存）
    • private：只有客户端
    • no-cache：缓存，协商缓存决定
    • no-store：不缓存
    • max-age=xxx 相对值

  • 协商缓存
    优先级：Etag/If-None-Match > Last-Modified/If-Modified-Since
    Etag：响应首部字段。 ETag的值，默认是对文件的索引节（INode），大小（Size）和最后修改时间（MTime）进行Hash后得到的。
    If-None-Match：请求首部字段。 浏览器发现响应头里有Etag,则再次向服务器请求时带上请求头if-none-match(值是Etag的值)。服务器收到请求进行比对，决定返回200或304。
    Last-Modified：实体首部字段。浏览器向服务器发送资源最后的修改时间
    If-Modified-Since： 请求首部字段。 浏览器发现响应头具有Last-Modified声明，则再次向服务器请求时带上头if-modified-since，表示请求时间。

HTTP的升级

HTTPS

HTTP本身不具有加密功能，使用明文方式发送，所以他的内容可能会被窃听。
而且不验证通信方的身份，可能会遇到伪装。
无法证明报文的完整性，可能在中途被篡改。

基于以上多种不足，HTTPS横空出世。HTTPS并非是应用层的一种新协议。HTTPS是一种计算机网络通信的传输协议，实际上利用HTTP完成，但是要利用SSL/TLS来加密通信包。使用证书+数字签名的方法来解决。
1. 服务端从CA（可信赖的第三方机构）申请证书并发送自己的公钥， CA选出一组加密算法与HASH算法，用CA的私有密钥向服务器的公钥署与数字签名并颁发公钥证书
2. 服务器与客户端建立连接，发送证书
3. 客户端确认CA为合法结构（ 系统的证书管理器接口），利用CA的公开密钥验证证书上的数字签名，还有其他信息等，证书没过期、访问域名与证书域名一样，这样就SSL证书验证成功
4. 浏览器这里会用到CA的加密算法与HASH算法，先生成一串随机数的密码，并用证书中提供服务器的公钥加密，发给服务器
5. 服务器用私钥解密，以后两者通讯就用这个密码加密，开启对称加密。
在以上流程中，发送数据时会附加一种叫做MAC（MessageAuthentication Code）的报文摘要。MAC能够查知报文是否遭到篡改，从而保护报文的完整性。

HTTP2.0

HTTP1.1的问题：

  1. 线头阻塞：一个TCP只能进行一个请求；
  2. 为了加快速度，过度依赖多个TCP连接并发请求链接，但是建立TCP链接成本很高；
  3. 头部冗余，每次互相发送相同的首部造成浪费，而且格式是文本；
  4. 服务器不能主动向客户端发送信息。

HTTP2.0 改进了什么

  1. 新的二进制格式：更具健壮性
  2. 头部header压缩
  3. 服务器推送
  4. 多路复用：即连接共享。每一个request都对应一个id，这样一个连接上有多个request，每个连接的request可以随机的混杂在一起，接收方根据request的id将其归属到不同的服务器请求上去。

参考书籍

  1. HTTP权威指南

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