计算机网络——HTTP

目录

• 计算机网络-HTTP篇
  • HTTP 基本概念
    • 常见状态码
    • 常见字段
  • Get 与 Post
  • HTTP 特性
    • HTTP（1.1）
    • HTTP/1.1
  • HTTPS 与 HTTP
  • HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3

计算机网络-HTTP篇

HTTP 基本概念

HTTP 是超⽂本传输协议（双向协议），也就是HyperText Transfer Protocol。

HTTP 是⼀个在计算机世界⾥专⻔在「两点」之间「传输」⽂字、图⽚、⾳频、视频等「超⽂本」数据的「约定和规范」。

两点：客户端——服务端，服务端——服务端，客户端——客户端

常见状态码

1xx

1xx 类状态码属于提示信息，是协议处理中的⼀种中间状态，实际⽤到的⽐较少。

2xx

2xx 类状态码表示服务器成功处理了客户端的请求，也是我们最愿意看到的状态。

「200 OK」是最常⻅的成功状态码，表示⼀切正常。如果是⾮ HEAD 请求，服务器返回的响应头都会有 body数据。

「204 No Content」也是常⻅的成功状态码，与 200 OK 基本相同，但响应头没有 body 数据。

「206 Partial Content」是应⽤于 HTTP 分块下载或断点续传，表示响应返回的 body 数据并不是资源的全部，⽽是其中的⼀部分，也是服务器处理成功的状态。

3xx

3xx 类状态码表示客户端请求的资源发送了变动，需要客户端⽤新的 URL 重新发送请求获取资源，也就是重定向。

「301 Moved Permanently」表示永久重定向，说明请求的资源已经不存在了，需改⽤新的 URL 再次访问。

「302 Found」表示临时重定向，说明请求的资源还在，但暂时需要⽤另⼀个 URL 来访问。

301 和 302 都会在响应头⾥使⽤字段 Location ，指明后续要跳转的 URL，浏览器会⾃动重定向新的 URL。

「304 Not Modified」不具有跳转的含义，表示资源未修改，重定向已存在的缓冲⽂件，也称缓存重定向，⽤于缓存控制。

4xx

4xx 类状态码表示客户端发送的报⽂有误，服务器⽆法处理，也就是错误码的含义。

「400 Bad Request」表示客户端请求的报⽂有错误，但只是个笼统的错误。

「403 Forbidden」表示服务器禁⽌访问资源，并不是客户端的请求出错。

「404 Not Found」表示请求的资源在服务器上不存在或未找到，所以⽆法提供给客户端。

5xx

5xx 类状态码表示客户端请求报⽂正确，但是服务器处理时内部发⽣了错误，属于服务器端的错误码。

「500 Internal Server Error」与 400 类型，是个笼统通⽤的错误码，服务器发⽣了什么错误，我们并不知道。

「501 Not Implemented」表示客户端请求的功能还不⽀持，类似“即将开业，敬请期待”的意思。

「502 Bad Gateway」通常是服务器作为⽹关或代理时返回的错误码，表示服务器⾃身⼯作正常，访问后端服务器发⽣了错误。

「503 Service Unavailable」表示服务器当前很忙，暂时⽆法响应服务器，类似“⽹络服务正忙，请稍后重试”的意思。

常见字段

Host 字段

有了 Host 字段，就可以将请求发往「同⼀台」服务器上的不同⽹站。

指定服务器的域名，比如：Host: www.A.com

Content-Length 字段

服务器在返回数据时，会有 Content-Length 字段，表明本次回应的数据⻓度。

Content-Length: 1000

Connection 字段

Connection 字段最常⽤于客户端要求服务器使⽤ TCP 持久连接，以便其他请求复⽤。

HTTP/1.1 版本的默认连接都是持久连接，但为了兼容⽼版本的 HTTP，需要指定 Connection ⾸部字段的值为 Keep-Alive 。

Connection: keep-alive （直到客户端或服务器主动关闭连接）

Content-Type 字段

客户端请求的时候，可以使⽤ Accept 字段声明⾃⼰可以接受哪些数据格式

如：Accept: / （可以接受任何格式的数据）

Content-Type 字段⽤于服务器回应时，告诉客户端，本次数据是什么格式。

Content-Type: text/html; charset=utf-8

表明，发送的是⽹⻚，⽽且编码是UTF-8

Content-Encoding 字段

Content-Encoding 字段说明数据的压缩⽅法。表示服务器返回的数据使⽤了什么压缩格式

Content-Encoding: gzip

客户端在请求时，⽤ Accept-Encoding 字段说明⾃⼰可以接受哪些压缩⽅法。

Accept-Encoding: gzip, deflate

Get 与 Post

Get ⽅法的含义是请求从服务器获取资源，这个资源可以是静态的⽂本、⻚⾯、图⽚视频等。

⽽ POST ⽅法则是相反操作，它向 URI 指定的资源提交数据，数据就放在报⽂的 body ⾥。

GET 和 POST ⽅法都是安全和幂等的吗？

先说明下安全和幂等的概念：

• 在 HTTP 协议⾥，所谓的「安全」是指请求⽅法不会「破坏」服务器上的资源。
• 所谓的「幂等」，意思是多次执⾏相同的操作，结果都是「相同」的。

那么很明显 GET ⽅法就是安全且幂等的，因为它是「只读」操作，⽆论操作多少次，服务器上的数据都是安全的，且每次的结果都是相同的。

POST 因为是「新增或提交数据」的操作，会修改服务器上的资源，所以是不安全的，且多次提交数据就会创建多个资源，所以不是幂等的。

HTTP 特性

HTTP（1.1）

HTTP 最凸出的优点是「简单、灵活和易于扩展、应⽤⼴泛和跨平台」。

优点

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，降低了学习和使⽤的⻔槛。

2. 灵活和易于扩展
   
   HTTP协议⾥的各类请求⽅法、URI/URL、状态码、头字段等每个组成要求都没有被固定死，都允许开发⼈员⾃定义和扩充。

   同时 HTTP 由于是⼯作在应⽤层（ OSI 第七层），则它下层可以随意变化。

HTTPS 也就是在 HTTP 与 TCP 层之间增加了 SSL/TLS 安全传输层，HTTP/3 甚⾄把 TCP 层换成了基于 UDP 的QUIC。

 3. **应⽤⼴泛和跨平台**
   互联⽹发展⾄今，HTTP 的应⽤范围⾮常的⼴泛，从台式机的浏览器到⼿机上的各种 APP，同时天然具有**跨平台**的优越性。

缺点

HTTP 协议⾥有优缺点⼀体的双刃剑，分别是「⽆状态、明⽂传输」，同时还有⼀⼤缺点「不安全」。

1. ⽆状态双刃剑

⽆状态的好处，因为服务器不会去记忆 HTTP 的状态，所以不需要额外的资源来记录状态信息，这能减轻服务器的负担，能够把更多的 CPU 和内存⽤来对外提供服务。

⽆状态的坏处，既然服务器没有记忆能⼒，它在完成有关联性的操作时会⾮常麻烦。

例如登录->添加购物⻋->下单->结算->⽀付，这系列操作都要知道⽤户的身份才⾏。但服务器不知道这些请求是有关联的，每次都要问⼀遍身份信息。（麻烦！！）

对于⽆状态的问题，解法⽅案有很多种，其中⽐较简单的⽅式⽤ Cookie 技术。

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。

相当于，在客户端第⼀次请求后，服务器会下发⼀个装有客户信息的「⼩贴纸」，后续客户端请求服务器的时候，带上「⼩贴纸」，服务器就能认得了了。

1. 明⽂传输双刃剑

明⽂意味着在传输过程中的信息，是可⽅便阅读的，通过浏览器的 F12 控制台或 Wireshark 抓包都可以直接⾁眼查看，为我们调试⼯作带了极⼤的便利性。

但是这正是这样，HTTP 的所有信息都暴露在了光天化⽇下，相当于信息裸奔。在传输的漫⻓的过程中，信息的内容都毫⽆隐私可⾔，很容易就能被窃取，如果⾥⾯有你的账号密码信息，那你号没了。

信息暴露，容易被窃取

1. 不安全

HTTP ⽐较严重的缺点就是不安全：

• 通信使⽤明⽂（不加密），内容可能会被窃听。⽐如，账号信息容易泄漏，那你号没了。
• 不验证通信⽅的身份，因此有可能遭遇伪装。⽐如，访问假的淘宝、拼多多，那你钱没了。
• ⽆法证明报⽂的完整性，所以有可能已遭篡改。⽐如，⽹⻚上植⼊垃圾⼴告，视觉污染，眼没了。

HTTP 的安全问题，可以⽤ HTTPS 的⽅式解决，也就是通过引⼊ SSL/TLS 层，使得在安全上达到了极致。

HTTP/1.1

HTTP 协议是基于 TCP/IP，并且使⽤了「请求 - 应答」的通信模式，所以性能的关键就在这两点⾥。

1. ⻓连接

   HTTP/1.0 性能上的⼀个很⼤的问题，那就是每发起⼀个请求，都要新建⼀次 TCP 连接（三次握⼿），⽽且是串⾏请求，做了⽆谓的 TCP 连接建⽴和断开，增加了通信开销。

   为了解决上述 TCP 连接问题，HTTP/1.1 提出了⻓连接的通信⽅式，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。

2. 管道⽹络传输

HTTP/1.1 采⽤了⻓连接的⽅式，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。

但是服务器还是按照顺序，先回应 A 请求，完成后再回应 B 请求。要是前⾯的回应特别慢，后⾯就会有许多请求排队等着。这称为「队头堵塞」。

1. 队头阻塞

「请求 - 应答」的模式加剧了 HTTP 的性能问题。

因为当顺序发送的请求序列中的⼀个请求因为某种原因被阻塞时，在后⾯排队的所有请求也⼀同被阻塞了，会招致客户端⼀直请求不到数据，这也就是「队头阻塞」。好⽐上班的路上塞⻋。

总之 HTTP/1.1 的性能⼀般般，后续的 HTTP/2 和 HTTP/3 就是在优化 HTTP 的性能。

HTTPS 与 HTTP

HTTP 与 HTTPS 有哪些区别？

1. HTTP 是超⽂本传输协议，信息是明⽂传输，存在安全⻛险的问题。HTTPS 则解决 HTTP 不安全的缺陷，在TCP 和 HTTP ⽹络层之间加⼊了 SSL/TLS 安全协议，使得报⽂能够加密传输。
2. HTTP 连接建⽴相对简单， TCP 三次握⼿之后便可进⾏ HTTP 的报⽂传输。⽽ HTTPS 在 TCP 三次握⼿之后，还需进⾏ SSL/TLS 的握⼿过程，才可进⼊加密报⽂传输。
3. HTTP 的端⼝号是 80，HTTPS 的端⼝号是 443。
4. HTTPS 协议需要向 CA（证书权威机构）申请数字证书，来保证服务器的身份是可信的。

SSL/TLS：信息加密，校验机制，身份证书

• 混合加密的⽅式实现信息的机密性，解决了窃听的⻛险。
• 摘要算法的⽅式来实现完整性，它能够为数据⽣成独⼀⽆⼆的「指纹」，指纹⽤于校验数据的完整性，解决了篡改的⻛险。
• 将服务器公钥放⼊到数字证书中，解决了冒充的⻛险。

1. 混合加密

HTTPS 采⽤的是对称加密和⾮对称加密结合的「混合加密」⽅式：

• 在通信建⽴前采⽤⾮对称加密的⽅式交换「会话秘钥」，后续就不再使⽤⾮对称加密。
• 在通信过程中全部使⽤对称加密的「会话秘钥」的⽅式加密明⽂数据。

采⽤「混合加密」的⽅式的原因：

• 对称加密只使⽤⼀个密钥，运算速度快，密钥必须保密，⽆法做到安全的密钥交换。
• ⾮对称加密使⽤两个密钥：公钥和私钥，公钥可以任意分发⽽私钥保密，解决了密钥交换问题但速度慢。

1. 摘要算法

摘要算法⽤来实现完整性，能够为数据⽣成独⼀⽆⼆的「指纹」，⽤于校验数据的完整性，解决了篡改的⻛险。

1. 数字证书

客户端先向服务器端索要公钥，然后⽤公钥加密信息，服务器收到密⽂后，⽤⾃⼰的私钥解密。

借助第三⽅权威机构 CA （数字证书认证机构），将服务器公钥放在数字证书（由数字证书认证

机构颁发）中，只要证书是可信的，公钥就是可信的。

HTTPS 是如何建⽴连接的？其间交互了什么？

SSL/TLS 协议基本流程：

• 客户端向服务器索要并验证服务器的公钥。
• 双⽅协商⽣产「会话秘钥」。
• 双⽅采⽤「会话秘钥」进⾏加密通信。

前两步也就是 SSL/TLS 的建⽴过程，也就是握⼿阶段。

HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3

HTTP/1.1 相⽐ HTTP/1.0 提⾼了什么性能？

HTTP/1.1 相⽐ HTTP/1.0 性能上的改进：

• 使⽤ TCP ⻓连接的⽅式改善了 HTTP/1.0 短连接造成的性能开销。
• 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。

但 HTTP/1.1 还是有性能瓶颈：

• 请求 / 响应头部（Header）未经压缩就发送，⾸部信息越多延迟越⼤。只能压缩 Body 的部分；
• 发送冗⻓的⾸部。每次互相发送相同的⾸部造成的浪费较多；
• 服务器是按请求的顺序响应的，如果服务器响应慢，会招致客户端⼀直请求不到数据，也就是队头阻塞；
• 没有请求优先级控制；
• 请求只能从客户端开始，服务器只能被动响应。

HTTP/2 做了什么优化？

HTTP/2 协议是基于 HTTPS 的，所以 HTTP/2 的安全性也是有保障的。

1. 头部压缩
   
   HTTP/2 会压缩头（Header）如果你同时发出多个请求，他们的头是⼀样的或是相似的，

   那么，协议会帮你消除重复的部分。

   这就是所谓的 HPACK 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，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就提⾼速度了。

2. ⼆进制格式
   
   HTTP/2 不再像 HTTP/1.1 ⾥的纯⽂本形式的报⽂，⽽是全⾯采⽤了⼆进制格式，头信息和数据体都是⼆进制，并且统称为帧（frame）：头信息帧和数据帧。增加了数据传输的效率。

1. 数据流
   
   HTTP/2 的数据包不是按顺序发送的，同⼀个连接⾥⾯连续的数据包，可能属于不同的回应。

因此，必须要对数据包做标记，指出它属于哪个回应。

每个请求或回应的所有数据包，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，其中规定客户端发出的数据流编号为奇数， 服务器发出的数据流编号为偶数。

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。

1. 多路复⽤

   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，也就不会再出现「队头阻塞」问题，降低了延迟，⼤幅度提⾼了连接的利⽤率。

举例来说，在⼀个 TCP 连接⾥，服务器收到了客户端 A 和 B 的两个请求，如果发现 A 处理过程⾮常耗时，于是就 回应 A 请求已经处理好的部分，接着回应 B 请求，完成后，再回应 A 请求剩下的部分。

1. 服务器推送

HTTP/2 还在⼀定程度上改善了传统的「请求 - 应答」⼯作模式，服务不再是被动地响应，也可以主动向客户端发送消息。

举例来说，在浏览器刚请求 HTML 的时候，就提前把可能会⽤到的 JS、CSS ⽂件等静态资源主动发给客户端，减少延时的等待，也就是服务器推送（Server Push，也叫 Cache Push）。

HTTP/2 有哪些缺陷？HTTP/3 做了哪些优化？

HTTP/2 主要的问题在于，多个 HTTP 请求在复⽤⼀个 TCP 连接，下层的 TCP 协议是不知道有多少个 HTTP 请求的。

所以⼀旦发⽣了丢包现象，就会触发 TCP 的重传机制，这样在⼀个 TCP 连接中的所有的 HTTP 请求都必须等待这个丢了的包被重传回来。

• HTTP/1.1 中的管道（ pipeline）传输中如果有⼀个请求阻塞了，那么队列后请求也统统被阻塞住了
• HTTP/2 多个请求复⽤⼀个TCP连接，⼀旦发⽣丢包，就会阻塞住所有的 HTTP 请求。

这都是基于 TCP 传输层的问题，所以 HTTP/3 把 HTTP 下层的 TCP 协议改成了 UDP！

UDP 发⽣是不管顺序，也不管丢包的，所以不会出现 HTTP/1.1 的队头阻塞 和 HTTP/2 的⼀个丢包全部᯿传问 题。

UDP 是不可靠传输的，但基于 UDP 的 QUIC 协议 可以实现类似 TCP 的可靠性传输。

QUIC 协议： UIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一种基于UDP的低时延的互联网传输层协议。

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。

QUIC 直接 把以往的 TCP 和 TLS/1.3 的 6 次交互合并成了 3 次，减少了交互次数。