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HTTP2于2015年2月28日正式通过IETF组织批准发布,正式定稿。有关它的内容可以参考:  HTTP2 概述  http://www.cnblogs.com/ghj1976/p/4552583.html

在HTTP2 的网络通讯中, Frame 是 通讯中的最小传输单位,至少含有一个 Frame header,能够表示它属于哪一个 Stream。一个具体的请求类似如下:

 

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HTTP/2 帧通用格式:

帧头+负载的比特位通用结构:

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帧头为固定的9个字节((24+8+8+1+31)/8=9)呈现,变化的为帧的负载(Frame Payload),负载内容是由帧类型(Type)定义。

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  • 帧长度Length:无符号的自然数,24个比特表示,仅表示帧负载(Frame Payload)所占用字节数,不包括帧头所占用的9个字节。
    默认大小区间为为0~16,384(2^14),一旦超过默认最大值2^14(16384),发送方将不再允许发送,除非接收到接收方定义的SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE(一般此值区间为2^14 ~ 2^24)值的通知。
  • 帧类型Type:8个比特表示,定义了帧负载的具体格式和帧的语义,HTTP/2规范定义了10个帧类型,这里不包括实验类型帧和扩展类型帧
  • 帧的标志位Flags:8个比特表示,服务于具体帧类型,默认值为0x0。
    有一个小技巧需要注意,一般来讲,8个比特可以容纳8个不同的标志,比如,PADDED值为0x8,二进制表示为00001000;END_HEADERS值为0x4,二进制表示为00000100;END_STREAM值为0X1,二进制为00000001。可以同时在一个字节中传达三种标志位,二进制表示为00001101,即0x13。因此,后面的帧结构中,标志位一般会使用8个比特表示,若某位不确定,使用问号?替代,表示此处可能会被设置标志位
  • 帧保留比特为R:在HTTP/2语境下为保留的比特位,固定值为0X0
  • 流标识符Stream Identifier:无符号的31比特表示无符号自然数。0x0值表示为帧仅作用于连接,不隶属于单独的流。

关于帧长度,需要稍加关注: - 0 ~ 2^14(16384)为默认约定长度,所有端点都需要遵守 - 2^14 (16,384) ~ 2^24-1(16,777,215)此区间数值,需要接收方设置SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE参数单独赋值 - 一端接收到的帧长度超过设定上限或帧太小,需要发送FRAME_SIZE_ERR错误 - 当帧长错误会影响到整个连接状态时,须以连接错误对待之;比如HEADERS,PUSH_PROMISE,CONTINUATION,SETTINGS,以及帧标识符不该为0的帧等,都需要如此处理 - 任一端都没有义务必须使用完一个帧的所有可用空间 - 大帧可能会导致延迟,针对时间敏感的帧,比如RST_STREAM, WINDOW_UPDATE, PRIORITY,需要快速发送出去,以免延迟导致性能等问题

 

HTTP2 的帧包含下面几种类型,对应上图的Type区域定义。

Frame Type      Code   
DATA            0x0
HEADERS         0x1
PRIORITY        0x2
RST_STREAM      0x3
SETTINGS        0x4
PUSH_PROMISE    0x5
PING            0x6
GOAWAY          0x7
WINDOW_UPDATE   0x8
CONTINUATION    0x9

参考:
HTTP/2 frame format
http://segmentfault.com/a/1190000002586816 

 

帧的标志位(Flags)含义如下图:

图来自: http://search.cpan.org/~crux/Protocol-HTTP2-0.14/lib/Protocol/HTTP2/Frame.pm

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案例:

假设我们要发送 0x12345678,流编号为 10 ,类型为DATA,那么这个Frame的16进制表达就是:

'000004' + '00' + '00' + '0000000A' +   '12345678'

 

HTTP2 的 Header 帧

HTTP2的 HEADER帧的格式如下:

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对应的字段列表说明如下:
- Pad Length:受制于PADDED标志控制是否显示,8个比特表示填充的字节数。 可选。Flags:PADDED 设置后要求有此字段
- E:一个比特表示流依赖是否专用,可选项,只在流优先级PRIORITY被设置时有效   可选。Flags:PRIORITY 设置后要有此字段
- Stream Dependency:31个比特表示流依赖,只在流优先级PRIORITY被设置时有效     可选。Flags:PRIORITY 设置后要有此字段
- Weight:8个比特(一个字节)表示无符号的自然数流优先级,值范围自然是(1~256),或称之为权重。只在流优先级PRIORITY被设置时有效  这个字段是可选的,并且只在优先级标记设置的情况下才呈现。
- Header Block Fragment:报头块分片
- Padding:填充的字节,受制于PADDED标志控制是否显示,长度由Pad Length字段决定

注意, 只有 Header Block Fragment 是必须的, 其他都看 帧的标志位Flags 是否设置要有。

 

所需标志位:

  • END_STREAM (0x1): 报头块为最后一个,意味着流的结束。
    END_HEADERS (0x4): 此报头帧不需分片,完整的一个帧。后续不再需要CONTINUATION帧帮忙凑齐。若没有此标志的HEADER帧,后续帧必须是以CONTINUATION帧传递在当前的流中,否则接收者需要响应PROTOCOL_ERROR类型的连接错误。
  • PADDED (0x8): 需要填充的标志
  • PRIORITY (0x20): 优先级标志位,控制独立标志位E,流依赖,和流权重。

 

注意事项:
- 其负载为报头块分片,若内容过大,需要借助于CONTINUATION帧继续传输。若流标识符为0x0,结束段需要返回PROTOCOL_ERROR连接异常。HEADERS帧包含优先级信息是为了避免潜在的不同流之间优先级顺序的干扰。
- 其实一般来讲,报文头部不大的情况下,一个HEADERS就可以完成了,特殊情况就是Cookie字段超过16KiB大小,不常见。

 

HTTP2的 CONTINUATION 帧

HTTP2的 CONTINUATION 帧的格式如下:

image

字段列表:
- Header Block Fragment,用于协助HEADERS/PUSH_PROMISE等单帧无法包含完整的报头剩余部分数据。

 

注意事项:

- 一个HEADERS/PUSH_PROMISE帧后面会跟随零个或多个CONTINUATION,只要上一个帧没有设置END_HEADERS标志位,就不算一个帧完整数据的结束。
- 接收端处理此种情况,从开始的HEADERS/PUSH_PROMISE帧到最后一个包含有END_HEADERS标志位帧结束,合并的数据才算是一份完整数据拷贝
- 在HEADERS/PUSH_PROMISE(没有END_HEADERS标志位)和CONTINUATION帧中间,是不能够掺杂其它帧的,否则需要报PROTOCOL_ERROR错误

标志位: * END_HEADERS(0X4):表示报头块的最后一个帧,否则后面还会跟随CONTINUATION帧。

 

HTTP2的 Data帧

一个或多个DATA帧作为请求、响应内容载体,较为完整的结构如下:

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字段:

  • Pad Length: 一个字节表示填充的字节长度。取决于PADDED标志是否被设置.
  • Data: 这里是应用数据,真正大小需要减去其他字段(比如填充长度和填充内容)长度。
  • * Padding: 填充内容为若干个0x0字节,受PADDED标志控制是否显示。接收端处理时可忽略验证填充内容。若验证,可以对非0x0内容填充回应PROTOCOL_ERROR类型连接异常。

标志位:

  • END_STREAM (0x1): 标志此帧为对应标志流最后一个帧,流进入了半关闭/关闭状态。
  • PADDED (0x8): 负载需要填充,Padding Length + Data + Padding组成。

注意事项:
- 若流标识符为0x0,接收者需要响应PROTOCOL_ERROR连接错误
- DATA帧只能在流处于"open" or "half closed (remote)"状态时被发送出去,否则接收端必须响应一个STREAM_CLOSED的连接错误。若填充长度不小于负载长度,接收端必须响应一个PROTOCOL_ERROR连接错误。


 

例子

以gRPC的 HelloWorld 项目为例, 有关这个项目的搭建请参考: http://www.cnblogs.com/ghj1976/p/4549602.html

 

其中一个网络请求包的内容如下图截图:

这是来自 CommView 的 Loopback 网络请求监控的包, 如何使用 CommView 请参考: http://www.cnblogs.com/ghj1976/p/4554982.html 

 

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这里黑色加量的部分是 RPC 特有的部分内容。

这部分包含2个帧,他们的分别数据如下:

00 00-0E 01 04 00 00 00 01 88 5F 8B 1D 75 D0 62 0D 26-3D 4C 4D 65 64

00 00 12 00 00 00 00 00 01 00 00-00 00 0D 0A 0B 48 65 6C 6C 6F 20 77 6F 72 6C 64     

 

Header 帧

00 00 0E 01 04 00 00 00 01 88 5F 8B 1D 75 D0 62 0D 26 3D 4C 4D 65 64

帧长度Length 为 00 00 0E ,即 14 + 9 长度共23 。
帧类型Type 为 01 标示是 Header 帧
帧的标志位Flags 为 04, 标示 END_HEADERS, 即这个Header帧不需要分片。
流标识符Stream Identifier 为 00 00 00 01 即,编号为1 。

Header 帧特有的串(Header Block Fragment): 88 5F 8B 1D 75 D0 62 0D 26 3D 4C 4D 65 64 
这里做了压缩,就不展开了, 相关知识请参考:  http://http2.github.com/http2-spec/compression.html

 

Data帧

00 00 12 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00 0D 0A 0B 48 65 6C 6C 6F 20 77 6F 72 6C 64     

帧长度Length 为 00 00 12 即  18+9 = 27 
帧类型Type 为 00 标示是 Data 帧
帧的标志位Flags  00 
流标识符Stream Identifier 为 00 00 00 01 ,及 编号1, 对应上面的 Header 帧。
Data帧特有的串(Data 区域): 00 00 00 00 0D 0A 0B 48 65 6C 6C 6F 20 77 6F 72 6C 64


 

参考资料:

HTTP2协议中报文头可以采用Haffman编码,我们看到的报文头信息都是二进制信息。

HTTP2的报文格式请参考: http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2015/03/20/423655.html

HTTP2报文头及数据帧格式解析实例分析
http://blog.csdn.net/jiayanhui2877/article/details/45074315 

Haffman 压缩算法请参考: http://coolshell.cn/articles/7459.html