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[计算机网络]HTTP 1.0/HTTP 1.1/HTTP 2.0

HTTP/1.0

无状态：服务器不跟踪不记录请求过的状态
无连接：浏览器每次请求都需要建立tcp连接

HTTP/1.0规定浏览器和服务器保持短暂的连接。浏览器的每次请求都需要与服务器建立一个TCP连接，服务器处理完成后立即断开TCP连接（无连接），服务器不跟踪每个客户端也不记录过去的请求（无状态）

无状态导致的问题可以借助cookie/session机制来做身份认证和状态记录解决。

然而，无连接特性将会导致以下性能缺陷：

  • 无法复用连接。每次发送请求的时候，都需要进行一次TCP连接，而TCP的连接释放过程又是比较费事的。这种无连接的特性会导致网络的利用率非常低。
  • 队头堵塞(head of line blocking)。由于HTTP/1.0规定下一个请求必须在前一个请求响应到达之后才能发送。假设一个请求响应一直不到达，那么下一个请求就不发送，就到导致阻塞后面的请求。

为了解决这些问题，HTTP/1.1出现了。

HTTP/1.1

  • 长连接。
    HTTP/1.1增加了一个Connection字段，通过设置Keep-alive（默认已设置）可以保持连接不断开，避免了每次客户端与服务器请求都要重复建立释放TCP连接，提高了网络的利用率。如果客户端想关闭HTTP连接，可以在请求头中携带Connection:false来告知服务器关闭请求。

  • 支持请求管道化（pipelining）。
    基于HTTP/1.1的长连接，使得请求管线化成为可能。管线化使得请求能够“并行”传输。举个例子来说，假如响应的主体是一个html页面，页面中包含了很多img，这个时候keep-alive就起了很大的作用，能够进行“并行”发送多个请求。（注意这里的“并行”并不是真正意义上的并行传输，具体解释如下。）需要注意的是，服务器必须按照客户端请求的先后顺序依次回送相应的结果，以保证客户端能够区分出每次请求的响应内容。也就是说，HTTP管道化可以让我们把先进先出队列从客户端（请求队列）迁移到服务端（响应队列）。客户端同时发了两个请求分别来获取html和css，假如说服务器的css资源先准备就绪，服务器也会先发送html再发送css。换句话来说，只有等到html响应的资源完全传输完毕后，css响应的资源才能开始传输。也就是说，不允许同时存在两个并行的响应。

可见，HTTP/1.1还是无法解决队头阻塞（head of line blocking）的问题。同时“管道化”技术存在各种各样的问题，所以很多浏览器要么根本不支持它，要么就直接默认关闭，并且开启的条件很苛刻...而且实际上好像并没有什么用处。

那我们在谷歌控制台看到的并行请求又是怎么一回事呢？

虽然HTTP/1.1支持管道化，但是服务器也必须进行逐个响应的送回，这个是很大的一个缺陷。实际上，现阶段的浏览器厂商采取了另外一种做法，它允许我们打开多个TCP的会话。也就是说，上图我们看到的并行，其实是不同的TCP连接上的HTTP请求和响应。这也就是我们所熟悉的浏览器对同域下并行加载6~8个资源的限制。而这，才是真正的并行！

此外，HTTP/1.1还加入了缓存处理，新的字段如cache-control，支持断点传输，以及增加了Host字段（使得一个服务器能够用来创建多个Web站点）。

HTTP/2.0

帧： HTTP/2 数据通信的最小单位
消息：指 HTTP/2 中逻辑上的 HTTP 消息。例如请求和响应等，消息由一个或多个帧组成。
流： 存在于连接中的一个虚拟通道。流可以承载双向消息，每个流都有一个唯一的整数ID。
消息： 与逻辑消息对应的完整的一系列数据帧。

  1. 二进制分帧

HTTP/2 采用二进制格式传输数据，而非 HTTP/1.x 的文本格式，二进制协议解析起来更高效。
HTTP/1 的请求和响应报文，都是由起始行，首部和实体正文（可选）组成，各部分之间以文本换行符分隔。
HTTP/2 将请求和响应数据分割为更小的帧，并且它们采用二进制编码。

  1. 多路复用

  • 同域名下的所有通信都在单个TCP连接中完成。单个连接可以承载任意数量的双向数据流。同个域名只需要占用一个TCP连接，消除了因多个TCP连接而带来的延时和内存消耗。

  • 数据流以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成，多个帧之间可以乱序发送，因为根据帧首部的流标识可以重新组装，这一特性，使性能有了很大的提升。

  • 单个连接上可以并行交错地请求和响应，之间互不干扰。

  • 在HTTP/2中，每个请求都可以带一个31bit的优先值，0表示最高优先级， 数值越大优先级越低。有了这个优先值，客户端和服务器就可以在处理不同的流时采取不同的策略，以最优的方式发送流、消息和帧。

可见，HTTP/2.0实现了真正的并行传输，它能够在一个TCP上进行任意数量HTTP请求。而这个强大的功能则是基于“二进制分帧”的特性。

  1. 服务器推送
  • 服务端可以在发送页面HTML时主动推送其它资源，而不用等到浏览器解析到相应位置，发起请求再响应。例如服务端可以主动把JS和CSS文件推送给客户端，而不需要客户端解析HTML时再发送这些请求。
  • 服务端可以主动推送，客户端也有权利选择是否接收。如果服务端推送的资源已经被浏览器缓存过，浏览器可以通过发送RST_STREAM帧来拒收。主动推送也遵守同源策略，服务器不会随便推送第三方资源给客户端。
  1. 头部压缩
  • 在HTTP/1.x中，头部元数据都是以纯文本的形式发送的，通常会给每个请求增加500~800字节的负荷。
    比如说cookie，默认情况下，浏览器会在每次请求的时候，把cookie附在header上面发送给服务器。（由于cookie比较大且每次都重复发送，一般不存储信息，只是用来做状态记录和身份认证）
  • HTTP/2.0使用encoder来减少需要传输的header大小，通讯双方各自cache一份header fields表，既避免了重复header的传输，又减小了需要传输的大小。高效的压缩算法可以很大的压缩header，减少发送包的数量从而降低延迟。

头部压缩的原理简介

Static Table

静态表（rfc7541#section-2.3.1），包含61个预定义Header key-value，传输的时候使用对应的索引Index替换。静态表内容具体的定义可以参考这里 rfc7541#appendix-A。
+-------+-----------------------------+---------------+
| Index | Header Name | Header Value |
+-------+-----------------------------+---------------+
| 1 | :authority | |
| 2 | :method | GET |
| 3 | :method | POST |
| 4 | :path | / |
| 5 | :path | /index.html |
| 6 | :scheme | http |
| 7 | :scheme | https |
| 8 | :status | 200 |
| 9 | :status | 204 |
| 10 | :status | 206 |
| 11 | :status | 304 |
| 12 | :status | 400 |
| 13 | :status | 404 |
| 14 | :status | 500 |
| 15 | accept-charset | |
...太多了，省略掉了
| 58 | user-agent | |
| 59 | vary | |
| 60 | via | |
| 61 | www-authenticate | |
+-------+-----------------------------+---------------+

实际传输的时候，是怎么对应的呢？举几个简单的例子：
:method GET = 2 = 00000010
:method POST = 3 = 00000011
:path / = 4 = 00000100
:path /index.html = 5 = 00000101
:scheme https = 7 = 00000111

这些很好理解，那么如果是下面这几个呢？
:authority www.laoqingcai-已注销.com
:path /api/user
:token xxxxxx

这时候仅仅使用静态表是无法压缩了，轮到Dynamic Table动态表登场了。
Dynamic Table
动态表（rfc7541#section-2.3.2），是一个FIFO队列，初始是空的，它有以下特点：

解压header的时候按需添加，每次添加的时候，放在队首，移除的时候，从队尾开始。
大小不是无限制的，可以通过SETTING Frame里的SETTINGS_HEADER_TABLE_SIZE设置，默认 256Byte。

HTTP/1.x keep-alive 与 HTTP/2 多路复用区别

  • HTTP/1.x 是基于文本的，只能整体去传；HTTP/2 是基于二进制流的，可以分解为独立的帧，交错发送;
  • HTTP/1.x keep-alive 必须按照请求发送的顺序返回响应；HTTP/2 多路复用不按序响应;
  • HTTP/1.x keep-alive 为了解决队头阻塞，将同一个页面的资源分散到不同域名下，开启了多个 TCP 连接；HTTP/2 同域名下所有通信都在单个连接上完成;
  • HTTP/1.x keep-alive 单个 TCP 连接在同一时刻只能处理一个请求（两个请求的生命周期不能重叠）；HTTP/2 单个 TCP 同一时刻可以发送多个请求和响应;
posted @ 2024-07-03 21:41  Duancf  阅读(60)  评论(0)    收藏  举报