为啥 HTTP/2 多路复用虽然 tcp 做同样的事情？

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥 HTTP/2 多路复用虽然 tcp 做同样的事情？

【英文标题】：Why HTTP/2 does multiplexing altough tcp does same thing?为什么 HTTP/2 多路复用虽然 tcp 做同样的事情？

【发布时间】：2018-07-08 18:38:59

【问题描述】：

据我所知，TCP 将消息分解为多个段。那么，为什么要在 HTTP2 上再次进行多路复用？复用两次有什么好处？

【问题讨论】：

TCP 在比 http 更低的级别上工作。这意味着 TCP 实现基于包的方法这一事实与协议级别无关或没有帮助。您仍然需要为每个请求设置新的连接。

因为 HTTP/1.1 请求阻塞了 TCP 连接：***.com/questions/36517829/…

【参考方案1】：

TCP 没有被多路复用。 TCP 只是一个有保证的消息流（即重新请求丢失的数据包，并且在发生这种情况时 TCP 流基本上被暂时阻塞）。

TCP，作为一种基于数据包的协议，如果更高级别的应用协议（例如 HTTP）允许发送多条消息，可以用于多路连接。不幸的是，HTTP/1.1 不允许这样做：一旦发送了 HTTP/1.1 消息，在该消息完全返回之前，不能在该连接上发送其他消息（忽略严重支持的流水线概念）。这意味着 HTTP/1.1 基本上是同步的，如果没有使用全部带宽并且其他 HTTP 消息排队，那么它会浪费任何可以用于底层 TCP 连接的额外容量。

为了解决这个问题，可以打开更多的 TCP 连接，这基本上允许 HTTP/1.1 像（有限的）多路复用协议一样行动。如果网络带宽被充分利用，那么这些额外的连接不会带来任何好处——事实上存在容量并且其他 TCP 连接没有被充分利用，这意味着这是有道理的。

因此 HTTP/2 在协议中添加了多路复用，以允许将单个 TCP 连接用于多个正在进行的 HTTP 请求。

它通过将基于文本的 HTTP/1.1 协议更改为基于数据包的二进制协议来实现这一点。这些可能看起来像 TCP 数据包，但实际上并不相关（就像说 TCP 与 IP 相似，因为它基于数据包并不相关）。将消息拆分为数据包实际上是允许多条消息同时传输的唯一方法。

HTTP/2 还添加了流的概念，以便数据包可以属于不同的请求 - TCP 没有这样的概念 - 这才是真正使 HTTP/2 多路复用的原因。

事实上，由于 TCP 不允许单独的、独立的流（即多路复用），并且因为它是有保证的，这实际上引入了一个新问题，即单个丢弃的 TCP 数据包会支撑所有该连接上的 HTTP/2 流，尽管实际上只有一个流应该受到影响，而其他流应该能够继续运行。在某些情况下，这甚至会使 HTTP/2 变慢。 Google 正在尝试从 TCP 迁移到 QUIC 来解决这个问题。

更多关于 HTTP/2 下多路复用的含义（以及为什么它是一个很好的改进！）在我的回答中：What does multiplexing mean in HTTP/2

【讨论】：

“HTTP/2 还添加了流的概念，以便数据包可以属于不同的请求——TCP 没有这样的概念——这才是真正使 HTTP/2 多路复用的原因。”你的意思是 HTTP/1.1 将单个 HTTP 消息（请求或响应）封装在单个 TCP 数据包中，HTTP/2 将多个 HTTP 消息封装在单个 TCP 数据包中？

不，我的意思是 TCP 没有将数据包标记为一个 HTTP 请求或另一个的概念。它只是一个数据包流。所以 HTTP/1.1 只是一串字符，它必须假设所有数据包都是针对请求 1 的，直到它看到魔术字符标志着请求 1 的结束 - 然后它假设一切都是针对请求 2 的，直到它看到结束请求 2。但是 HTTP/2 将每个请求拆分为多个帧，用请求 id 标记每个帧（以及流 id，但基本上是为请求创建流），因此您可以将这些帧混合起来，然后在另一端解开它们。

谢谢，我明白了。 HTTP/2 的根本改进是流并发（流的交织），这是通过将流新拆分为具有流标识符的帧来实现的。在 HTTP/1.1 中流并发是不可能的，因为流被分割成字符，所以没有流标识符。因此，HTTP/2 的新颖之处不是 pipelining（它已经在 HTTP/1.1 中可用，但在 Web 浏览器中没有得到广泛支持）也不是 multiplexing（它已经在 HTTP 中可用） /1.1，因为多路复用只是在单个连接上使用多个流）。

几乎，除了多路复用意味着并发。串行请求（即一个接一个但不中断其间的连接——通过 HTTP/1.1 中的 keepalive 功能实现）不是多路复用的。 TCP 提供了一个接一个的串行请求，并且根据原始问题，以及我的答案中的第一行不是多路复用。

我认为这取决于您对流的看法。如果您对 HTTP/1.1 和 HTTP/2 使用不同的流定义，即在 HTTP/2 中，您将流定义为单个消息（即帧序列），而在 HTTP/1.1 中，您将流定义为 all 消息（即消息序列），那么是的，HTTP/1.1 不使用多路复用，因为每个连接（通道）只有一个流（信号）。但是，如果您对 HTTP/1.1 和 HTTP/2 使用相同的定义，即您将流定义为两者的单个消息，那么 HTTP/1.1 确实使用多路复用，因为每个连接有多个流。

【参考方案2】：

TCP 不进行多路复用。 TCP 段只是意味着（单个）流数据被分割成可以在 IP 数据包中发送的片段。每个 TCP 段只用一个流偏移（序列号）来标识，而不是用任何有用的方式来标识单独的流。 （我们将忽略很少用的紧急指针。）

所以要进行多路复用，您需要在 TCP 之上放置一些东西。 HTTP/2 的作用。

【参考方案3】：

HTTP 和 HTTP/2 都是应用层协议，它们必须使用 TCP 等较低层协议才能在 Internet 上进行实际通信。 Internet 的协议一般是 TCP over IP over Ethernet。

看起来像这样：

如您所见，HTTP 位于 TCP 之上。 TCP下面是IP。互联网的主要协议之一。 IP 本身处理交换/多路复用的数据包。我认为这就是您可能会认为 TCP 是多路复用的，但事实并非如此。可以将 TCP 连接想象成一个没有人可以通过的单车道公路隧道。可以说它在每个方向都有一条车道。这就是 TCP 连接的样子。一条隧道，您将数据放在一端，然后以与进入的顺序相同的顺序从另一端出来。这就是 TCP。您可以看到没有多路复用。然而，TCP 确实提供了一个可靠的连接协议，其他协议可以建立在 HTTP 之上。可靠性对于 HTTP 至关重要。

HTTP 1.1 只是一个请求响应协议。但如您所知，它不是多路复用的。因此，一次只允许一个未完成的请求，并且必须一次将整个响应发送到每个请求。以前，浏览器通过创建多个到服务器的 TCP 连接（隧道）来发出更多请求，从而绕过了这个限制。

HTTP 2 实际上将数据再次拆分，并允许在一个连接上进行多路复用，因此不需要创建更多连接。这意味着服务器可以开始服务多个请求并多路复用响应，以便浏览器可以同时开始接收图像、页面和其他资源，而不是一次接收一个。

希望能说清楚。

【讨论】：

我不认为这是一个很好的问题答案，因为虽然它有一些很好的信息，但它侧重于更高级别的抽象，而不是 TCP 协议本身的功能。如果抽象是以低效方式做某事的唯一原因（即，如果不是因为抽象而存在使用协议的更有效方式），那么抽象是不好的，应该改变，并且可能早就改了。因此，恕我直言，一个好的答案应该关注为什么 TCP 分段不能进行多路复用，而不是呈现给更高级别的内容。

@Ove - 你说得对，那是废话。我已经从头开始重写了我的答案。