计算机网络-HTTP篇

HTTP的一些问题

HTTP 基本概念

HTTP 是超⽂本传输协议,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」。

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。

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。

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。

Content-Type 字段

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-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

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。

  1. 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。

这样每操作⼀次,都要验证信息,这样的购物体验还能愉快吗?

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。

  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。

  • 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。

  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!

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。

参考:图解网络

我这里只是一个自己的学习笔记,大家有兴趣一定去看原文!!! 谢谢大家的阅读!!

大家有兴趣一定去看原文,这只是我自己的一个笔记总结!!

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