HTTP协议和运行原理

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简介: HTTP协议和运行原理

HTTP 是一个在计算机世界里专门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。不仅仅适用于[服务器<–>客户端]也是适用于[服务器<–>服务器]

HTTP 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。
  • 2xx2xx 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」 是最常见的成功状态码,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」也是常见的成功状态码,与 200 OK 基本相同,但响应头没有 body 数据。
  • 「206 Partial Content」是应用于 HTTP 分块下载或断电续传,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。
  • 3xx3xx 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 Moved Permanently」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。
  • 4xx4xx 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。
  • 5xx5xx 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 类似,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

HTTP 字段

  • Host: 客户端发送请求时,用来指定服务器的域名。
  • Content-Length:服务器在返回数据时,会有 Content-Length 字段,表明本次回应的数据长度。
  • Connection: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

  • Content-Type: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,发送的是网页,而且编码是UTF-8。

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。比如:

Accept: / :客户端声明自己可以接受任何格式的数据。

  • Content-Encoding: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

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。

请求方法:GET、POST

区别:

  • 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、页面、图片视频等。
  • 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请求是只读属性,请求内容直接在请求行中不安全。POST是可以修改服务器的数据,内容在body里比较安全。

HTTP 特点

优点

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」。

  • 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。
  • 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。

比如,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。

缺点

无状态、明文传输、不安全

  • 无状态:无状态的坏处使得务器没有记忆能力,它在完成有关联性的操作时会非常麻烦

对于无状态的常用解决方案是Cookie

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

Cookie 与 Session 区别

cookie是存储在本地浏览器,而session存储在服务器。存储在服务器的数据会更加的安全,不容易被窃取。但存储在服务器也有一定的弊端,就是会占用服务器的资源

cookie 与 session 的配合使用:

  • 存储在服务端:通过 cookie 存储一个 session_id,然后具体的数据则是保存在 session中。如果用户已经登录,则服务器会在 cookie 中保存一个 session_id,下次再次请求的时候,会把该 session_id 携带上来,服务器根据 session_id 在 session 库中获取用户的session 数据。就能知道该用户到底是谁,以及之前保存的一些状态信息。这种专业术语叫做 server-side session。
  • 将 session 数据加密,然后存储在 cookie 中。这种专业术语叫做 client-side session。
  • 明文传输
    明确传输利于阅读和DEBUG,但是信息不安全,在信息传输过程中信息内容毫无隐私可言。
  • 不安全
  • 通信使用明文(不加密),内容可能会被窃听
  • 不验证通信方的身份,因此有可能遭遇伪装
  • 无法证明报文的完整性,所以有可能已遭篡改
  • HTTP 的不安全性问题可以使用 HTTPs 引入 SSL/TLS 层得到解决

HTTPs

https中的 s 指的是 security。https协议是在http基础上加上ssl的应用层协议,增加了安全性和可靠性。

HTTPs 的建立过程

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。SSL/TLS 的「握手阶段」涉及四次通信,可见下图:

HTTP与HTTPS的区别是什么
  • HTTP端口号80端口, HTTPS端口号是443端口
  • HTTP是明文传输,HTTPS是密文传输。
  • 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
  • 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。
HTTPS的实现原理
  • 混合加密的方式实现信息的机密性,解决了窃听的风险。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
  • 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,解决了篡改的风险
    客户端在发送明文之前会通过摘要算法算出明文的「指纹」,发送的时候把「指纹 + 明文」一同 加密成密文后,发送给服务器,服务器解密后,用相同的摘要算法算出发送过来的明文,通过比较客户端携带的「指纹」和当前算出的「指纹」做比较,若「指纹」相同,说明数据是完整的
  • 将服务器公钥放入到数字证书中,解决了冒充的风险

HTTP迭代

HTTP1.0 到 HTTP 1.1
  • 长连接:
    早期 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 提出了长连接的通信方式,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。
  • 管道网络传输
    这个类似于TCP的窗口,后一个请求不需要等待前一个请求回来才能发送出去,而是可以一起发送出去。

但是响应顺序还是先来先服务,如果前面的请求阻塞了,那么还是会使得后面的请求得不到处理,这叫“队头阻塞”

HTTP1.1 到 HTTP2.0

HTTP/2 协议是基于 HTTPS 的,所以 HTTP/2 的安全性也是有保障的。那 HTTP/2 相比 HTTP/1.1 性能上的改进:

  • 头部压缩
    HTTP/2 会压缩请求头(Header)。如果你同时发出多个请求,他们的请求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。
  • 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。

对于计算机而言,无需再将明文的报文转成二进制,而是直接解析二进制报文,这增加了数据传输的效率。

  • 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
  • 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。
  • 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。
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