基于HTTP的功能追加协议

虽然HTTP协议既简单又简捷,但随着时代的发展,其功能使用上捉襟见肘的疲态已经凸显。

一、基于HTTP的协议

在建立HTTP标准规范时,制定者主要想把HTTP当成传输HTML文档的协议。随着时代的发展。web的用途更加多样化,比如演化成在线购物网站,SNS(Social Networking Service ,社交网络服务)、企业或组织内部的各种管理工具、等等。

而这些网站所追求的功能可通过web应用的脚本程序实现。即使这些功能已经满足需求,在性能上却未必最优吗,这是因为HTTP协议上的限制以及自身性能有限。

HTTP功能上的不足可通过创建一套全新的协议来弥补。可是目前基于HTTP的web浏览器的使用环境已遍布全球,因此无法完全抛弃HTTP。有一些新协议的规则是基于HTTP的,并在此基础上添加了新的功能。

二、消除HTTP平静的SPDY

Google在2010年发布了SPDY(取自SpeeDY,发音同speedy),其开发目标旨在解决HTTP性能瓶颈,缩短web页面的加载时间(50%)

    1)HTTP的瓶颈

在Facebook和Twitter等SNS的网站上,几乎能够实现实时观察到海量用户公开发布的内容,这也是一种乐趣。当几百、几千万的用户发布内容时,web网站为了保护这些新增内容,在很短的时间内就会发生大量的内容更新。

为了尽可能实时的显示这些更新的内容,服务器上一有内容更新,就需要直接把那些内容反馈到客户端的界面上。虽然看起来挺简单的,但HTTP却无法妥善地处理好这项任务。

使用HTTP协议探知服务器上是否有内容更新,就必须频繁地从客户端到服务器端进行确认。如果服务器上没有内容更新,那么就会产生徒劳的通信。

若想在现在web实现所需的功能,一下这些HTTP标准就会成为瓶颈。

    * 一条连接上只可发送一个请求

    *请求只能从客户端开始,客户端不可以接收除了响应以外的指令。

    * 指令/响应首部未经压缩就发送。首部信息越大延迟越大

    * 发送冗长的首部。每次互相发送相同的首部造成的浪费较多。

    * 可任意选择数据压缩格式。非强制压缩发送。

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以前的http通信

Ajax的解决方法

Ajax(Asynchronous JavaScript XML , 异步 JavaScript与 XML技术)是一种有效利用JavaScript和DOM(Document Object Model,文档对象模型)的操作,以达到局部web页面替换加载的异步通信手段。和以前的同步通信相比,由于它只更新一部分页面,响应中传输的数据量会因此而减少,这一优点显而易见。

Ajax的核心技术名为XMLHTTPRequest 的API,通过JavaScript脚本语言的调用就能和服务器进行HTTP通信。借由这种手段,就能从已加载完毕的web页面上发起请求,只更新局部页面。

而利用Ajax实时地从服务器获取内容,有可能会导致大量请求产生。另外,Ajax仍未解决HTTP协议本身存在的问题。

Comet的解决方法

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Ajax通信

一旦服务器端有内容更新了,Comet不会让请求等待,而是直接给客户端返回响应。这是一种通过延迟应答,模拟实现服务器端向客户端推送(Server Push )的功能。

通常,服务器端接收到请求,在处理完毕后就会立即返回响应,但为了实现推送功能,Comet会先将响应置于挂起状态,当服务器端有内容更新时,在返回该响应。因此,服务器端一旦有更新,就可以立即反馈给客户端,

内容上虽然可以做到实时更新,但为了保留响应,一次连接的持续时间也变长了。期间,为了维持连接会消耗更多的资源。另外,Comet也仍未解决HTTP协议本身存在的问题。

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Comet通信

SPDY的目标

陆续出现的Ajax和Comet等提高易用性的技术,一定程度上使HTTP得到了改善,但HTTP协议本身的限制也令人有些束手无策。为了进行根本上的改善,需要有一些协议层面山的改动。

处于持续开发状态中的SPDY协议,正是为了在协议级别消除HTTP所遭遇的瓶颈。

    2)SPDY的设计与目标

SPDY没有完全改写HTTP协议,而是在TCP/IP的应用层与运输层之间通过新加会话层的形式运作。同时,考虑到安全性问题,SPDY规定通信中使用SSL。

SPDY以会话层的形式加入,控制对数据的流动,但还是采用HTTP建立通信连接,因此,可按照使用HTTP的GET和POST等方法。Cookie以及HTTP报文等。

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SPDY的设计(SPDY介于TCP/SSL 和 HTTP之间)

使用SPDY后,HTTP协议额外获得以下功能,

多路复用流

通过单一的TCP连接,可以无限制处理多个HTTP请求。所有请求的处理都在一条TCP连接上完成,因此TCP的处理效率得到提高。

赋予请求优先级

SPDY不仅可以无限制地并发处理请求,还可以给请求逐个分配优先级顺序。这样主要是为了在发送多个请求时,解决因带宽而导致响应变慢的问题。

压缩HTTP首部

压缩HTTP请求和响应的首部,这样一来,通信产生的数据包数量和发送的字节数就更少了。

推送功能

支持服务器主动向客户端推送数据的功能。这样,服务器可直接发送数据,而不必等待客户端的请求。

服务器提示功能

服务器可以主动提示客户端请求所需的资源。由于在客户端发现资源之钱就可以获取资源的存在,因此在资源已缓存的情况下,可以避免发送不必要的请求。

    3)SPDY消除web瓶颈了吗

希望使用SDPY时,web的内部端不必做什么特别改动,而web浏览器及web服务器都要对应SPDY做出了对应的调整。另外,web服务器也进行了实验性质的应用,但把该技术导入实际的web网站却进展不佳。

因为SPDY基本上只是将单个域名(IP地址)的通讯多路复用,所以当一个web网站上使用多个域名下的资源,改善效果就会受到限制。

SPDY的确是一种可有效消除HTTP瓶颈的技术,但很多web网站存在的问题并非仅仅是HTTP瓶颈所导致。对web本身的速度提升,还应该从其他可细致钻研的地方入手,比如改善web内容的编写方式等。

    三、使用浏览器进行全双工通信的WebSocket

利用Ajax和Comet技术进行通信可以提升web的浏览速度。但问题在于通信若使用HTTP协议,就无法彻底解决瓶颈问题。WebSocket网络技术正是为了解决这些问题而实现的一套新协议及API。

当时筹划将WebSocket作为HTML5标准的一部分,而现在它却逐渐变成了独立的协议标准。WebSocket通信协议在2011年12月11日,被RFC6455 0 the WebSocket Protocol 定为标准。

    1)WebSocket的设计与功能

WebSocket,即web浏览器与web服务器之间全双工通信标准。其中,WebSocket协议有IETE定为标准,WebSocket API有 W3C定为标准。仍在开发中的WebSocket技术主要是为了解决Ajax和Comet里XMLHttpRequest附带的缺陷所引起的问题。

    2)WebSocket协议

一旦web服务器与客户端之间建立起WebSocket协议的通信连接,之后所有的通信都依靠这个专用协议进行。通信过程中可互相发送JSON、XML、HTML或图片等任意格式的数据。

由于是建立在HTTP基础上的协议,因此连接的发起方仍然是客户端,而一旦确立WebSocket通信连接,不论服务器还是客户端,任意一方都可直接向对方发送报文。

WebSocket协议的主要特点有

    1.推送功能

支持由服务器向客户端推送数据的推送功能。这样服务器可直接发送数据,而不必等待客户端的请求。

    2.减少通信量

只要建立起WebSocket连接,就希望一直保持连接状态。和http相比,不但每次连接时的总开销减少,而且由于WebSocket的首部信息很少,通信量也相应的减少。

为了实现WebSocket通信,在HTTP连接建立之后,需要完成一次握手(HandsShaking)的步骤。

    * 握手请求

为了实现WebSocket请求,需要用到HTTP的Upgrade首部字段告知服务器通信协议发生改变,已达到握手的目的。

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Sec-websocket-key 字段内记录着握手过程中必不可少的键值。

sec-websocket-protocol 字段内记录使用的子协议。

子协议按WebSocket协议标准连续在连接分开使用时,定义那些连接名称。

* 握手 响应

对于之前的请求,返回的状态码101 Switching Protocols的响应。

See-WebSocket-Accept的字段值是由握手请求中的Sec-WebSocket-Key 的字段值生效。

成功握手确立webssocket连接之后,通信时不再使用HTTP的数据帧,而采用WebSocket独立的数据帧。

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WebSocket通信

    * WebSocket API

JavaScript可调用 “The WebSocket API”(由W3C标准制定)内提供的WebSocket程序接口,以实现WebSocket协议下全双工通信。

以下为调用WebSocket API ,每 50 ms 发送一次数据的实例。

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四、期盼已久的http/2.0

目前主流的HTTP/1.1标准,自1999年发布的RFC2616之后再未进行过改订。SPDY和WebSocket等技术纷纷出现,很难断言HTTP/1.1仍是适用于当下的web的协议。

负责互联网技术标准的IETF(Internet Engineering Task Force ,互联网工程任务组)创建httpbis工作组,其目标是推进下一代HTTP——HTTP/2.0 在2014年11月实现标准化。

HTTP/2.0的特点

HTTP/2.0的目标是改善用户在使用web时的速度体验。由于基于上都会先通过HTTP/1.1与TCP连接,现在我们以下面的这些协议为基础,探讨一下它们的实现方法。

    * SPDY

    * HTTP  Speed + Mobility 

    * Network- Friendly HTTP  Upgrade

HTTP Speed + Mobility 由微软公司起草,是用于改善并提高移动端通信时的通信速度和性能的标准。它建立在Google公司提出的SPDY与WebSocket的基础之上。

Network - Friendly HTTP Upgrade 主要是在移动通信时改善HTTP性能的标准,

HTTP/2.0的7项技术及讨论

HTTP2.0围绕着主要的7项技术进行讨论,现阶段(2012年8月13日),大都倾向于采用以下协议的技术。但是,讨论仍在持续,所以不能排除会发生重大改变的可能性。

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五、web服务器管理文件webDAV

WebDAV(Web-based Distributed Authoring and Versioning,基于万维网的分部之创作和版本控制)是一个可对web服务器上的内容直接进行文件复制,编辑等操作的分布式文件系统。它作为扩展HTTP/1.1的协议定义在RFC4918.

除了创建、删除文件等基本功能,它还具备文件创建者管理、文件编辑过程中进制其他用户内容覆盖的加锁功能,以及对文件内容修改的版本控制功能。

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WebDAV

使用HTTP/1.1的PUT方法换个DELETE方法,就可以对web服务器上的文件进行创建和删除操作。可是出于安全性及便捷性等考虑,一般不使用。

    1)扩展HTTP/1.1的WebDAV

针对服务器上的资源WebDAV新增加了一些概念,如下所示

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WebDAV扩展的概念

集合(Collection):是一种统一管理多个资源的概念。以集合为单位可进行各种操作。也可实现类似集合的集合这样的叠加。

资源(Resource):把文件或集合称为资源。

属性(Property):定义资源的属性。定义以“名称=值”的格式执行。

锁(Lock):把文件设置成无法编辑状态。多人同时编辑时,可防止在同一时间进行内容写入。

二、WebDAV内新增的方法及状态码

WebDAV为实现远程文件管理,向HTTP/1.1中追加了以下这些方法。

PROPFIND:获取属性

PROPPATCH:修改属性

MKCOL:创建集合

COPY:复制资源及属性

MOVE:移动资源

LOCK:资源加锁

UNLOCK:资源解锁

为了配合扩展的方法,状态码也随之扩展。

102 Processing : 可正常处理请求,但目前是处理中状态

207 Multi-Status:存在多种状态

422 Unprocessible Entity:格式正确,内容有误

423 Locked : 资源已被加锁

424 Failed Dependency:处理与某请求关联的请求失败,因此不再维持依赖关系。

507 Insufficient Storage:保存空间不足。

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WebDAV请求实例
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WebDAV响应实例

为何HTTP协议受众如此广泛?

过去,新编写接入互联网的系统或软件时,还需要同时编写实现与 必要功能对应的新协议。但最近,使用 HTTP 的系统和软件占了绝 大多数。 这有着诸多原因,其中与企业或组织的防火墙设定有着莫大的关 系。防火墙的基本功能就是禁止非指定的协议和端口号的数据包通 过。因此如果使用新协议或端口号则必须修改防火墙设置。

 互联网上,使用率最高的当属 Web。不管是否具备访问 FTP 和 SSH 的权限,一般公司都会开放对 Web 的访问。Web 是基于 HTTP 协议运作的,因此在构建 Web 服务器或访问 Web 站点时,需事先 设置防火墙 HTTP(80/tcp)和 HTTPS(443/tcp)的权限。 

许多公司或组织已设定权限将 HTTP 作为通信环境,因此无须再修 改防火墙的设定。可见 HTTP 具有导入简单这一大优势。而这也是 基于 HTTP 服务或内容不断增加的原因之一。

 还有一些其他原因,比如,作为 HTTP 客户端的浏览器已相当普 遍,HTTP 服务器的数量已颇具规模,HTTP 本身就是优异的应用 等。

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