详解HTTP协议版本(HTTP/1.01.12.03.0区别)

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了详解HTTP协议版本(HTTP/1.01.12.03.0区别)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

HTTP/1.0、/1.1、/2.0、/3.0区别

HTTP1.0

HTTP/1.0是无状态、无连接的应用层协议。

无连接

  无连接:每次请求都要建立连接,需要使用 keep-alive 参数建立长连接、HTTP1.1默认长连接keep-alive
  无法复用连接,每次发送请求都要进行TCP连接,TCP的连接释放都比较费事,会导致网络利用率低

队头阻塞

  队头阻塞(head of line blocking),由于HTTP1.0规定下一个请求必须在前一个请求响应到达之前才能发送,假设前一个请求响应一直不到达,那么下一个请求就不发送,后面的请求就阻塞了。

缓存

在HTTP1.0中主要使用header里的协商缓存 last-modified\\if-modified-since,强缓存 Expires来做为缓存判断的标准

If-Modified-Since

Expires是RFC 2616(HTTP/1.0)协议中和网页缓存相关字段。用来控制缓存的失效日期。

Expires 字段声明了一个网页或 URL 地址不再被浏览器缓存的时间,一旦超过了这个时间,浏览器都应该联系原始服务器。RFC告诉我们:“由于推断的失效时间也许会降低语义透明度,应该被谨慎使用,同时我们鼓励原始服务器尽可能提供确切的失效时间。”

其他问题
  HOST域:认为每个服务器绑定唯一一个IP地址,因此在请求消息的URL中没有主机名,HTTP1.0没有host域。而现在在一台服务器上可以存在多个虚拟主机,并且它们共享一个IP地址。

  HTTP1.0不支持断点续传功能,每次都会传送全部的页面和数据。如果只需要部分数据就会浪费多余带宽



HTTP/1.1

特点

  1. 简单
    HTTP 基本的报文格式就是 header + body,头部信息也是 key-value 简单文本的形式,易于理解

  2. 灵活、易扩展
    各类请求方法、URL、状态码,等每个组成都没有固定死,开发者可以自定义与扩充
    HTTP在应用层其下层可以灵活变化(https就是HTTP与TCP之间增加SSL/TSL安全传输协议)

  3. 应用广泛、支持跨平台

优缺点

  1. 无状态
    好处:服务器不用额外资源记录,减轻服务器负担,提高CPU内存利用效率
    坏处:每次都要确认验证信息;一般通过Cookie解决(Cookie 通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。)
  2. 明文传输: 传输过程中信息可以抓包直接获取,信息暴露、安全性差
  3. 不安全:
    通信使用明文传输、信息泄露
    不验证通信双方身份、有可能进入伪装网站
    无法证明报文完整性都导致不安全的问题

解决方式:可以用 HTTPS 的方式解决,也就是通过引入 SSL/TLS 层,使得更安全。

长连接

为了解决早期HTTP/1.0每次都要建立连接导致通信效率低的性能问题,因为HTTP基于TCP/IP协议
为了解决上述 TCP 连接问题,HTTP/1.1 提出了长连接的通信方式,也叫持久连接。这种方式的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销,减轻了服务器端的负载。

持久连接的特点是,只要任意一端没有明确提出断开连接,则保持 TCP 连接状态。如果某个 HTTP 长连接超过一定时间没有任何数据交互,服务端就会主动断开这个连接。

短连接和长连接对比

管道传输

因为HTTP/1.1 采用了长连接的方式,这使得管道(pipeline)网络传输成为了可能。

即可在同一个 TCP 连接里面,客户端可以发起多个请求,只要第一个请求发出去了,不必等其回来,就可以发第二个请求出去,可以减少整体的响应时间。
但是服务器必须按照接收请求的顺序发送对这些管道化请求的响应

如果服务端在处理 A 请求时耗时比较长,那么后续的请求的处理都会被阻塞住,这称为「队头堵塞」。

所以,HTTP/1.1 管道解决了请求的队头阻塞,但是没有解决响应的队头阻塞。

注意:实际上 HTTP/1.1 管道化技术不是默认开启,而且浏览器基本都没有支持,所以后面讨论HTTP/1.1 都是建立在没有使用管道化的前提。

HTTP/1.0 比较 HTTP/1.1

HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 提高了什么性能?

  1. 使用长连接的方式改善了 HTTP/1.0 短连接造成的性能开销。
  2. 支持管道(pipeline)网络传输,只要第一个请求发出去了,不必等其回来,就可以发第二个请求出去,可以减少整体的响应时间


HTTP协议层次结构图

现在主流浏览器大部分使用的都是HTTP/1.1协议,也有部分支持HTTP/2.0;绝大部分网站都升级为HTTPS更保证安全性

HTTP/2.0

详见该文章:深入理解HTTP/2.0
HTTP/2.0协议是基于HTTPS的,更加安全

相比与HTTP/1.1,HTTP/2.0增加如下几点的重大优化

头部压缩

HTTP2.0会压缩(Header)部分;如果同时多个请求其头部一样或相似,那么协议会消除重复部分。
利用HPAK算法:在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,就不用重复发送同样字段了,只发送索引号,减少数据量提高速度

二进制格式

HTTP/1.0和HTTP/1.1中,报文都是纯文本的格式简单易读;而在2.0中采用了二进制的格式
报头和数据体称为:帧(frame)-》头信息帧(Headers Frame)和数据帧(Data Frame)

文本形式信息保存为一个一个字符,占用空间多,每个字符对应比特位多,接受方还需要将报文转换为二进制,而直接用二进制减少了传输数据量,提高数据传输效率

1.0:
2.0:

数据以数据流(stream)的形式以字节单位发送,数据包可以不按顺序发送

在 HTTP/2 中每个请求或响应的所有数据包,称为一个数据流(Stream)。每个数据流都标记着一个独一无二的编号(Stream ID);
所有HTTP2.0通信都在一个TCP链接上完成,这个链接可以承载任意流量的双向数据流。每个数据流以消息的形式发送,而消息由一或多个帧组成。不同 Stream 的帧是可以乱序发送的(因此可以并发不同的 Stream ),因为每个帧的头部会携带 Stream ID 信息,所以接收端可以通过 Stream ID 有序组装成 HTTP 消息

客户端还可以指定数据流的优先级。优先级高的请求,服务器就先响应该请求

多路复用

HTTP2.0实现了真正的并行传输,它能够在一个TCP上进行任意数量的HTTP请求,由于其二进制分帧特性

HTTP/2 是可以在一个连接中并发多个请求或回应,而不用按照顺序一一对应。

移除了 HTTP/1.1 中的串行请求,不需要排队等待,彻底解决「队头阻塞」问题,降低了延迟,大幅度提高了连接的利用率。

服务端推送

HTTP/2 还在一定程度上改善了传统的「请求 - 应答」工作模式,服务端不再是被动地响应,可以主动向客户端发送消息、推送额外的资源

例如:

TCP导致队头阻塞

因为TCP面向字节流传输,而且保证传输可靠性和数据的完整性
只有TCP拿到完整连续的数据时,内核才会将数据从缓冲区交给HTTP应用,而只要前一个字节没有收到,HTTP就无法从内核缓冲区中得到数据,直到其到达,所以在此过程仍然会导致队头阻塞

图中发送方发送了很多个 packet,每个 packet 都有自己的序号,你可以认为是 TCP 的序列号,其中 packet 3 在网络中丢失了,即使 packet 4-6 被接收方收到后,由于内核中的 TCP 数据不是连续的,于是接收方的应用层就无法从内核中读取到,只有等到 packet 3 重传后,接收方的应用层才可以从内核中读取到数据,这就是 HTTP/2 的队头阻塞问题,是在 TCP 层面发生的。

因此如果出现丢包就会触发TCP的超时重传,这样后续缓冲队列中所有数据都得等丢了的重传

HTTP/3.0

(仍在学习中…后续完善)

基于Google的QUIC,HTTP3 背后的主要思想是放弃 TCP,转而使用基于 UDP 的 QUIC 协议。

为了解决HTTP/2.0中TCP造成的队头阻塞问题,HTTP/3.0直接放弃使用TCP,将传输层协议改成UDP;但是因为UDP是不可靠传输,所以这就需要QUIC实现可靠机制

QUIC特点:

无队头阻塞

QUIC 协议也有类似 HTTP/2 Stream 与多路复用的概念,也是可以在同一条连接上并发传输多个 Stream,Stream 可以认为就是一条 HTTP 请求。

QUIC 有自己的一套机制可以保证传输的可靠性的。当某个流发生丢包时,只会阻塞这个流,其他流不会受到影响,因此不存在队头阻塞问题。这与 HTTP/2 不同,HTTP/2 只要某个流中的数据包丢失了,其他流也会因此受影响。

连接建立

连接迁移

所以,QUIC 连接上的多个 Stream 之间并没有依赖,都是独立的,某个流发生丢包了,只会影响该流,其他流不受影响。
其实, QUIC 是一个在 UDP 之上的伪 TCP + TLS + HTTP/2 的多路复用的协议。






部分图片来源《图解HTTP》、《图解网络——小林coding》

以上是关于详解HTTP协议版本(HTTP/1.01.12.03.0区别)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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