搞定 HTTP 协议：HTTP 与网络基础

Posted 2021-04-26 零幺小馆

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了搞定 HTTP 协议：HTTP 与网络基础相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

unsplash @tvick

无论是前端工程师、后端工程师、客户端工程师还是测试工程师，HTTP 协议都是我们每天需要打交道的东西。但是对于大多数人来说，也包括我自己，对于 HTTP 协议的学习都是碎片化且不成体系的。然而 HTTP 协议又如此重要，性能优化中一个非常重要的部分就是网络优化，全面理解 HTTP 协议就可以让我们的页面更快，体验更好。

同时，网络也是每一个程序员都应该掌握的底层知识，它与数据结构与算法、操作系统、编译原理等被称为程序员的内功，掌握了内功，我们才能在职场上走的更远。HTTP 协议属于网络协议中重要的一环，因此需要我们全面而深入的掌握它。

其实系统学习 HTTP 协议的材料非常少，像《HTTP 权威指南》这样的大部头年代也非常久远，所以我最近的学习套路，是在阅读 HTTP/1.1 版本 RFC7230 文档的同时，在极客时间上阅读网络相关的几个专栏。

而在最近的深入学习中我也发现， HTTP 协议的概念众多，常常看了后面忘了前面。就像学习金字塔理论所指出的，通过听讲和阅读能记忆的知识其实是很少的，而且俗话说的好 —— “不动笔墨不读书”，我也希望通过一个系列的写作，更快更好地掌握 HTTP 协议。

本文是系列文章的第一篇 —— 《HTTP 与网络基础》。

起源

1989 年，欧洲核子研究组织（CERN）的蒂姆·博纳斯-李（Tim Berners-Lee）博士提出一个构想：借助多文档之间相互关联形成的超文本（HyperText），连成可参阅的 WWW（World Wide Web，万维网），以帮助远隔两地的研究者们共享知识。

@Tim Berners-Lee

在这个构想中，他提出了 3 项 WWW 构建的关键技术：

html
URI
HTTP

1990 年 11 月，CERN 研发出世界上第一台 Web 服务器和 Web 浏览器，远隔两地的人们终于可以在网络上共享信息了，但受限于当时网络的速度与技术的限制，网络上的绝大多数资源都是纯文本，所以诞生之初的 HTTP 仅提供 GET 方法，从服务器上获取 HTML 文档，设计相当简陋。此时的 HTTP 协议版本，后来被称为 HTTP/0.9 ，但它并没有作为正式的标准被建立，HTTP/0.9 也含有 HTTP/1.0 之前版本的意思。

1993 年 1 月，NCSA（National Center for Supercomputer Applications，美国国家超级计算机应用中心）研发出 Mosaic 浏览器，它以内联等形式显示 HTML 图像，人们终于可以看到图文混排的 HTML 文档了。

1995年，网景公司发布了 Netscape Navigator 1.0，微软发布了 IE 1.0 和 2.0，随后服务器软件 Apache 以及 HTML 2.0 版本的出现，让 Web 技术突飞猛进的增长。HTTP 也在 Web 技术飞速的发展中，不断地迭代。1996 年 HTTP/1.0 版本正式发布，记载于 RFC1945。虽说是早期版本，但是与现在最常用的 HTTP/1.1 版本差距并不是很大，所以该版本仍然在一些公司使用。

1995 年后，网景和微软的浏览器大战愈演愈烈，两家公司对当时发展中的 Web 标准视而不见，导致写 HTML 页面时，必须考虑兼容性问题，让很多人头痛不已。但不可否认的是，浏览器大战也推动了 Web 的发展。1999 年，HTTP/1.1 发布 RFC2612，虽然相对于 HTTP/1.0 来说改变不大，但却在日后的 20 多年里所向披靡，时至今日，HTTP/1.1 依然是绝大多数公司仍在使用的 HTTP 版本。

HTTP 是什么？

说了这么多 HTTP 的发展历史，那么 HTTP 到底是什么？

在 HTTP/1.1 最新标准 RFC7230 中，是这么定义 HTTP 的：

The Hypertext Transfer Protocol (HTTP) is a stateless application-level request/response protocol that uses extensible semantics and self-descriptive message payloads for flexible integration with network-based hypertext information systems.

HTTP 协议是一种无状态的、处于应用层的、以请求/应答方式运行的协议，使用可扩展的语义和自描述的信息格式，与基于网络的超文本信息系统灵活的相互作用。

在上面的定义中，有几个关键词是需要我们特别留意的，理解了这几个关键词，就可以掌握 HTTP 协议的本质。

无状态

无状态是指每一个请求/响应是被隔离的，后一个请求无法依赖前一个请求中的信息、字段等。也就是说 HTTP 协议不会对请求和响应之间的通信状态进行保存，不做持久化处理。比如，当用户 A 登录后，发起一个查询自己购物车中商品的请求，服务器会给出相应的响应。然而当用户 A 再次发起一个请求，想要查询自己信息的时候，服务器无法依据上一次请求判断用户 A 的身份，必须将用户身份再次告知服务器才可以。

应用层

应用层面向具体的应用提供数据。应用层的协议很多，比如 DNS 专门处理域名及 IP 的相互转换；FTP 专门传输文件；SMTP 专门发送邮件等等。而 HTTP 也是众多应用层协议中的一种，但是它却几乎可以传递一切东西，所以历经 20 余年的发展，依旧经久不衰，覆盖面及广

请求/应答

HTTP 的工作方式是由请求方首先建立连接发起请求，应答方接收到请求后才能做出响应，必须遵循”发起 - 接收“的工作模式。

可扩展语义

高度可扩展的语义，也是 HTTP 协议经久不衰的一个重要原因。从最早的只支持 GET 请求的 HTTP/0.9 版本到现在最常用的 HTTP/1.1，HTTP 协议逐渐增加了很多请求方法、版本号、状态码等等。而且只要服务端和客户端就 HTTP headers 达成语义一致，新功能就可以被轻松加入进来。

自描述消息格式

我们可以自己描述消息，从自己描述的消息中我们可以知道传递的是文本、图片、音频还是视频。

超文本

所谓超文本，就是 HTTP 协议不仅可以传输文本，还可以传输图片、音频、视频以及超链接等复杂的数据。

网络分层到底是什么？

OSI 概念模型

OSI（Open System Interconnection Reference Model），开放式系统互联通信参考模型，也就是我们常说的 7 层模型。从它的名称就可以看出来，OSI 只是一个供参考的概念模型，它从未被真正的实现。

OSI 的 7 层，从上至下分别是：

搞定 HTTP 协议（一）：HTTP 与网络基础

@OSI 七层模型从上至下

L7 应用层：解决业务问题，面向具体的应用传输数据；
L6 表示层：将消息转换为应用层可以读取的消息；
L5 会话层：建立会话、握手、维持网络的连接状态；
L4 传输层：包括我们熟悉的 TCP 与 UDP 等，解决进程与进程之间的通讯；
L3 网络层：主要包括 IP 协议，负责将报文从因特网上的一个主机发送到另一个主机上；
L1 物理层：电缆、光纤等。

TCP/IP 模型

OSI 只是一个概念模型，而平常工作我们最常用的还是 TCP/IP 模型。TCP/IP 模型其实就是 OSI 模型的简化版本，也就是我们平时所说的 4 层模型。

TCP/IP 的 4 层，由上至下分别是：

@ TCP/IP 四层模型

通过上图我们可以看出，其实 TCP/IP 模型与 OSI 模型十分相似，主要是省略了表示层、会话层与物理层的实现。这里每一层的功能实际上与对应的 OSI 模型十分类似，所以就不再罗列了。下面是一张 OSI 模型与 TCP/IP 模型的层级对照图，大家可以通过对照图来总结 TCP/IP 模型中各层的职责。

@ OSI 七层模型与 TCP/IP 四层模型对照图

网络分层的好处是，每一次层都只负责自己的任务，其他层的事情完全不需要考虑，层次之间交互的时候，只需要调用接口就可以了。当某一层需要修改的时候，也完全不影响其他的功能。当然，有优势就一定有劣势，每一次进行网络通信的时候，都需要由上至下，一层一层的传递信息，反过来，又要一层一层的向上传递，对于性能的影响是比较大的。

与 HTTP 相关的协议

DNS

以 www.baidu.com 为例，从左到右层级逐渐升高，最右侧的 com 称为顶级 DNS 服务器，中间的 baidu.com 称为权威域名服务器，最左侧的 www 就是对应的主机。因为全世界互联网上的电脑实在太多了，所以 DNS 服务器必须要进行分布式管理，并且要承受高并发。因此，DNS 服务器被设计成了一种树状的层次结构，解析域名时逐层递归查询，而最顶端是 13 组根 DNS 服务器。