HTTP协议

Posted 2020-11-27 samfung

TCP/IP协议族

TCP/IP协议族是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族，为互联网的基础通信架构。该协议家族的两个核心协议：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议），为该家族中最早通过的标准。这个协议族由互联网工程任务组负责维护。TCP/IP 协议族是Internet最基本的协议，HTTP协议是它的一个子集。TCP/IP协议族按层次分为以下5层。

1、物理层（实体层）

底下第一层。通过光缆、电缆、双绞线、无线电波等物理手段将电脑连接起来。这一层规定了网络的一些电器特性，负责传送0和1的电信号。

2、数据链路层（链接层）

单纯的0和1没有任何意义，必须规定解读方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？
这就是链路层的功能，它在实体层的上方，确定了0和1的分组方式。
以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫作“帧”（frame）。每一帧分成两个部分：标头（head）和数据（data）。

标头包含发送者和接受者的信息。以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有“网卡”。数据包必须从一块网卡传送到另一块网卡。网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做MAC地址。

广播：

同一个子网络下，1电脑要给2电脑发送数据包，同一个子网络下的3、4、5电脑也会收到该数据包，2、3、4、5电脑读取数据包的标头（head），看看接收方的MAC地址是否与自己匹配。匹配就接收这个包，做进一步处理，不匹配则丢弃这个包。这种发送方式叫作“广播”。

有了数据包、MAC地址、广播的发送方式，“链路层”就可以在多台电脑间传送数据了。

总结简述：以太网规定一组电信号为一个数据包，MAC地址为标识一广播的方式在同一子网络下发送数据。

3、网络层

链路层说到，一个子网络内以广播的方式以MAC地址为标识发送数据包。互联网是由无数个子网络组成的矩形网络，同一个子网络用广播的方式发送数据，而不同网络则采用“路由”的方式。
问题来了，MAC地址是无法辨别是否同一网络下的，于是“网络层”出现后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址（网卡），一种是网络地址（管理员分配的）。

IP协议：

规定网络地址的协议，叫作IP协议，它所定义的地址就被称为IP地址。
IP地址由32个二进制组成，我们一般用分成四段的十进制数表示，从 0.0.0.0 到 255.255.255.255（IPV4）。
一个IP地址分成两个部分，前一段代表网络，后一段代表主机，但不确定前一段和后一段的分割点（需要子网掩码）。
处于同一子网络下的计算机，它们IP地址的网络部分必定是相同的。假如网络部分是钱24位（二进制），那么172.16.254.2 和 172.16.254.1是处于同一子网络下。

子网掩码：

上面说到，一个IP地址我们无法知道前几位是网络部分，所以就有了子网掩码。
子网掩码表示IP地址的特征，也是一个32位二进制数字（与IP地址一一对应），网络部分全部为1，主机部分全部为0。
比如IP地址172.16.254.1的子网掩码是255.255.255.0（二进制11111111.11111111.11111111.00000000），那么这个IP地址的网络部分就是前24位（172.16.254）。

IP数据包：

根据IP协议发送的数据，叫作IP数据包，其中包含IP地址信息。
IP数据包也分为head、data两部分，IP数据包放进以太网数据包后，以太网数据包就变成下面这样

总结简述：在链路层的基础上多了个IP地址，子网掩码用于识别IP地址的网络部分（辨别是否同一子网络下）。

4、传输层

有了MAC地址和IP地址，我们可以在互联网上任意两台主机建立通信。
但有个问题是，主机接收到数据包，但不知道这个数据包是给哪个程序（进程）使用，所以这时有个参数叫端口（port）。
端口其实是每一个使用网卡的程序的编号，每个数据包发送的主机的指定端口，该端口程序就取得自己所需的数据。
端口是0_{65535之间的一个整数，0}1023的端口被系统占用。

UDP协议：

UDP数据包也是由head、data组成。head部分定义了发出端口和接收端口。把UDP数据包放入IP数据包后，以太网数据包就变成下面这样

TCP协议：

UDP协议的优点是比较简单，容易实现，但缺点是可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。
TCP协议可以理解为有确认机制的UDP协议。每发出一个数据包都要求确认，如果数据包丢失，收不到确认，发出方有必要重发这个数据包。
TCP协议能够确保数据不会丢失，但缺点是过程比较复杂，实现困难，消耗较多资源。

总结简述：网络层是建立在主机到主机的通信，而传输层是建立端口到端口的通信，数据接收的精准度来到了程序。

5、应用层

应用程序收到传输层的数据，接下来要进行数据解读。
应用层的作用就是规定应用程序间通信的数据格式（http协议就在应用层）。
应用层的数据就放在传输层TCP数据包的data部分，所以现在以太网的数据包变成下面这样

参考文章

HTTP协议简介

HTTP（超文本传输协议，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收html页面的方法。
客户端发起一个HTTP请求，建立一个到服务器指定端口（默认是80）的TCP连接。因此HTTP协议的优化技巧都是基于TCP协议自身特性。如TCP建立时三次握手会有延迟，为避免每次请求都要经历握手带来的延迟，应用层会选择不同的HTTP长连接方案。又如TCP建立连接慢启动（slow start）特性，所以连接重用总是比新建连接性能要好。
HTTP连接使用“请求 - 响应”的方式，请求前先要建立连接，客户端向服务器发出请求后，服务器才能回复。

HTTP协议发展史

HTTP0.9

该版本极其简单，只有一个GET命令，没有header，服务端只能回应HTML字符串这一种格式，服务器发送完毕就关闭TCP连接。

HTTP1.0

可以发送任何格式内容（MIME type）。
除了GET命令，还引入了POST和HEAD命令。
请求和回应的内容，除了数据部分，还加入头部信息（HTTP header），用来描述一些元数据。

缺点：
每个TCP连接只能发送一个请求。服务器响应完，连接就关闭，如果还想请求其他资源，就必须再新建一个连接。
其次就是队头阻塞（head of line blocking）。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，同样的后面的请求也给阻塞了。

HTTP1.1

在HTTP1.0的基础上进一步完善。

持久连接：

HTTP1.1最大的变化就是引入了持久连接（persistent connection），即TCP连接默认不关闭，可以被多个请求复用（不用手动声明Connection: keep-alive）。如果想要主动关闭连接，不论请求还是响应的header中包含了值为Connection: close，都表明当前正在使用的tcp链接在当天请求处理完毕后会被断掉。以后client再进行新的请求时就必须创建新的tcp链接了。对于同一个域名，大多数浏览器允许同时建立6个持久连接。

管道机制：

HTTP1.1还引入了管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求，但服务器还是按照顺序来进行回应。

其他：

HTTP1.1还新增了PUT、PATCH、HEAD、OPTIONS、DELETE请求方式。另外请求头还新增了 Host 字段，用来指定服务器域名（DNS服务器解析域名只能解析到IP地址，所以需要Host字段指定到同一个IP地址上的不同web站点服务）。

缺点：

虽然HTTP1.1引入了管道机制，但似乎并不能很好地解决问题。同一个TCP连接里可以同时发送多个请求，但服务器还是要按照顺序响应返回，如果第一个请求阻塞了，那么后面的请求即使处理完毕了也需要等待。这就造成了队头阻塞。为了避免这个问题，只有两种方法，一是减少请求数，二是同时多开持久连接。