HTTP/2 协议（帧消息流简单的抓包分析）

Posted 2021-04-26 爱因诗贤

这篇文章通过 Wireshark 抓包工具逐步分析 HTTP/2 协议中 帧（frame）、消息（message）、流（stream） 三者之间的关系，加深对 HTTP/2 协议的理解。

1.HTTP/2 核心概念

• 连接 Connection： 1 个 TCP 连接，包含一个或者多个 Stream。

• 数据流 Stream：一个双向通讯数据流，包含 1 条或者多条 Message。

• 消息 Message:对应 HTTP/1 中的请求或者响应，包含一条或者多条 Frame。

• 数据帧 Frame：最小单位，以二进制压缩格式存放 HTTP/1 中的内容。

2.帧（frame）、流（stream）、消息（message）示意图

Tips：图中 Stream 表示多个数据流，它们可以源源不断地并发传送，同一个 Stream 流中的 frame 数据是串行发送的。

3.帧头部（9字节）示意图

4.标准帧数据示意图

5.Stream ID 的作用

5.1 实现多路复用

• 接收端的实现可据此并发组装消息

• 同一 Stream 内的 frame 必须是有序的（同一 Stream 内的 frame 是串行的）

• SETTINGS_MAX_CONCURRENT_STREAMS 控制着并发 Stream 数

5.2 同一组 Stream 流数据示意图

下面展示的是同一组 Stream ID 值为 3 的 HEADERS 帧数据：

5.3 推送依赖性

• 由客户端建立的 Stream ID 必须是奇数。

• 由服务端建立的 Stream ID 必须是偶数（如服务端主动向客户端推送消息）。

  Tips：Stream ID 为 0 的流仅用于传输控制帧。

5.4 流状态约束

• 新建立的 Stream ID 必须大于曾经建立过的状态为 opened 或 reserved 的 Stream ID。

• 在新建立的流上发送帧时，意味着将更小 ID 且为 idle 状态的 Stream 设置为 Closed 状态。

• Stream ID 不能复用，长连接耗尽 ID 应创建新连接。

6.帧类型

帧类型	类型编码	含义
DATA	0x0	传递 HTTP 包体
HEADERS	0x1	传递 HTTP 头部
PRIORITY	0x2	指定 Stream 流的优先级
RST_STREAM	0x3	终止 Stream 流
SETTINGS	0x4	修改连接或者 Stream 流的配置
PUSH_PROMISE	0x5	服务端推送资源时描述请求的帧
PING	0x6	心跳检测，兼具计算 RTT 往返时间的功能
GOAWAY	0x7	优雅的终止连接或者通知错误
WINDOW UPDATE	0x8	实现流量控制
CONTINUATION	0x9	传递较大 HTTP 头部时的持续帧

Tips：心跳往返都是 PING，WebSocket 中往返心跳对应 PING、PONG。

7.SETTINGS 帧抓包分析

7.1 SETTINGS 帧类型

SETTINGS 帧类型	含义
SETTINGS_HEADERS_TABLE_SIZE(0x1)	通知对端索引表的最大尺寸（单位字节，初始 4096 字节）
SETTINGS_ENABLE_PUSH(0x2)	Value 设置为 0 时可禁用服务器推送功能， 1 表示启用
SETTINGS_MAX_CONCURRENT_STREAMS(0x3)	告诉接收端允许的最大并发 Stream 数量
SETTINGS_INITIAL_WINDOW_SIZE(0x4)	声明发送端的窗口大小，用于 Stream 级别流控，初始值 2^16-1，即 65535字节
SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE(0x5)	设置帧的最大大小，初始值 2^14，即 16384 字节
SETTINGS_MAX_HEADER_LIST_SIZE(0x6)	知会对端头部索引表的最大尺寸，单位字节，基于未压缩前的头部

7.2 抓取客户端首次 SETTINGS 帧

下面还是以抓取 www.sina.com.cn 首页数据为例，然后使用 显示过滤器只显示 HTTP/2 部分的数据，下面抓取的是 Stream 中首帧，客户端握手的数据：

Tips：从图中可以看出客户端 Settings - Max concurrent streams : 1000 表示客户端允许的最大并发 Stream 数量是 1000，。

7.3 抓取服务端首次 SETTINGS 帧

下面抓取 HTTP/2 握手之后服务端发送的首次 SETTINGS 帧数据分析：

Tips：从图中可以看出服务端的 Settings - Max concurrent streams : 128 表示服务端允许的最大并发 Stream 数是 128，Settings - Max frame size : 16777215表示服务端允许的最大帧大小 16777215 字节。

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