HTTP与HTTPS

概述

HTTP是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，有名超文本链接协议。我们在开发中请求数据，发送数据都会用到HTTP协议。

与HTTP相关的协议

与HTTP相关联的协议有很多，其中TCP、IP、DNS尤为重要。

IP：网际协议

作用：把各种数据包传送给对方。
而要保证数据传输到对方那里，需要两个重要条件，IP地址和电脑地址（网卡地址）。
ARP:是一种用以解析地址的协议，根据通信方的IP地址就可以反查出对应的电脑地址。

TCP

作用于传输层，提供可靠的字节流服务。
具体参考三四握手、四次挥手

DNS

作用：作用于应用层，提供域名到IP地址之间的解析服务。
DNS协议提供通过域名查找IP地址，或者通过IP地址查找匿名服务。

客户端和服务端通信HTTP做了什么

HTTP报文

• 请求报文：请求方法、请求URI、协议版本、可选的请求首部字段、内容实体构成的。
• 响应报文：协议版本、状态码、解释状态码的原因短语、可选的响应首部
• 通知报文

不保存状态

HTTP是一种无状态协议。自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。HTTP/1.1虽然是无状态协议，但为了实现期望的保持状态功能，引入了Cookie技术。有了Cookie在使用HTTP协议通信，就可以管理状态了。

Cookie

Cookie是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。根据服务端发送的响应报文内的一个叫做Set-Cookie的首部字段信息，通知客户端保存Cookie.当下次客户端再往该服务器发送请求时，客户端会自动在请求报文中加入Cookie值后发送出去（由于我是做iOS端的，不太了解Web这块，我所在公司的项目是手动存储Cookie的，具体是否会在第二次请求时自动发送，有待验证）。

持久链接

HTTP/1.1和部分HTTP/1.0支持持久链接，也成为HTTP keep-alive，持久链接的特点就是只要任意一方没有明确提出断开链接，则保持TCP链接状态。

管线化

持久连接使得多数请求以管线化方式发送成为可能。从前发送请求需要等待并且受到相应，才能发送下一个请求。管线化技术出现后，不需要等待响应就可以直接发送下一个请求。

WebSocket

一旦Web服务器与客户单建立起WebSocket协议的通信连接，之后所有的通信都依靠这个专用协议进行。通信过程可以相互发送JSON、XML、HTML或者图片等任意格式数据。

主要特点

• 推送功能
• 减少通信量（TCP连接消耗、WebSocket首部信息很小，通信量小）

期盼已久的HTTP/2.0

HTTP/2.0是在SPDY基础上行程的下一代互联网通信协议。HTTP/2.0的目的是支持请求与相应的多路复用来减少延迟，并且通过压缩HTTP首部字段将协议开销降低，同时增加请求优先级和服务端推送支持。

二进制分帧层

二进制分帧层，是HTTP/2.0性能增强的核心。
HTTP/1.x在应用层以纯文本的形式进行通信，HTTP/2.0将所有的传输信息分割为更小的消息和帧，并对它们采用二进制格式编码。所以，客户端和服务端都需要引入新的二进制编码和解码机制。

帧(frame)

HTTP/2.0通信的最小单位，包括帧首部、流标识符、优先值等。
其中，帧类型又分为：

• DATA：用于传输HTTP消息体；
• HEADERS：用于传输首部字段；
• SETTINGS：用于约定客户端和服务端的配置数据。比如设置初识的双向流量控制窗口大小；
• WINDOW_UPDATE：用于调整个别流或个别连接的流量；
• PRIORITY：用于指定或重新指定引用资源的优先级；
• RST_STREAM：用于通知流的非正常中指。
• PUSH_PROMISE：服务端推送许可。
• PING：用于计算往返时间。
• GOAWAY：用于通知对端停止在当前连接中创建流。

消息（message）

消息是指逻辑上的HTTP消息（请求/响应）。一系列数据帧组成了一个完整的消息。比如一系列DATA帧和一个HEADERS帧组成了请求消息。

流（stream）

流是连接中的一个虚拟信道，可以承载双向消息传输。每个流有唯一证书标识符。为了防止两断流的ID冲突，客户端发起的流具有奇数ID，服务端发起的流具有偶数ID。
所有HTTP/2.0通信都在一个TCP连接上完成，这个链接可以承载任务数量的双向数据流Stream。每个数据流以消息的形式发送，而消息由一或者多个帧组成，这些帧可以乱序发送，然后根据每个帧首部的流标识符重新组装。

二进制分帧层保留了HTTP的语义不受影响，包括首部、方法等，在应用层来看，和HTTP 1.x没有差别。同时，所有同主机的通信能够在一个TCP连接上完成。

多路复用共享连接

基于二进制分帧层，HTTP/2.0可以在共享TCP连接的基础上，同时发送请求和响应。HTTP消息被分解为独立的帧，而不破坏消息本身的语义，交错发送出去，最后在另一端根据流ID和首部将它们重新组合起来。
对比HTTP/1.x和HTTP/2.0，假设不考虑1.x的pipeline机智，双方四层是一个TCP连接，客户端向服务端发起三个图片请求。

• HTTP/1.x发起的是串行，即image1返回后才能发起image2，image2返回后才能发起image3。
• HTTP/2.0建立一条TCP连接后，并行传输3个数据流，客户端向服务端错乱发送stream1-3的一系列DATA帧，与此同时，服务端已经在返回stream1的DATA帧

HTTP/2.0成功解决了HTTP/1.X的队首阻塞问题（TCP阻塞仍无法解决），同事，也不需要通过pipeline机智管理多条TCP连接来实现并行请求与相应。减少了TCP连接数对服务器性能也有较大提升。

请求优先级

流可以带有一个31bit的优先级：

• 0：表示最高哦优先级
• 2^31-1：表示最低优先级
  客户端明确指定优先级，服务端可以根据这个优先级作为依据交互数据，但是在用优先级时需要注意以下问题：
• 服务端是否支持请求优先级
• 是否会引起队首阻塞问题，比如高优先级的响应慢阻塞其他资源请求。

服务端推送

HTTP/2.0增加了服务端推送功能，服务端可以根据客户端的请求，提前返回多个响应，推送额外的资源给客户端。
PUSH_PROMISE帧是服务端向客户端有意推送的资源信号。

• 如果客户端不需要服务端Push，可在SETTINGS帧中设定服务端流的值为0，禁用此功能。
• PUSH_PROMISE帧中只包含预推送资源的首部。如果客户端对PUSH_PROMISE帧没有意见，服务端在PUSH_PROMISE帧后发送响应的DATA帧开始推送资源。如果客户端已经缓存该资源，不需要再推送，可以选择拒绝PUSH_PROMISE帧。
• PUSH_PROMISE必须遵循请求-响应原则，只能借着对请求的响应推送资源。

首部压缩

HTTP/1.x每一次通信都会鞋带首部信息用描述资源属性。HTTP/2.0在客户端和服务端之间使用“首部表”来跟踪和存储之前发的键值对。首部表在连接中始终存在，新增的键值对更新在结尾们不需要每次通信都携带首部。

另外，HTTP/2.0使用了首部压缩技术，压缩算法使用HPACHK。可让报头更紧凑，更快速传输。需要注意的是，HTTP/2.0关注的是首部压缩，而我们常用的gzip等是报文内容（body）压缩，二者不冲突。

一个完整的HTTP/2.0通信过程

客户端如何知道服务端是否支持HTTP/2.0？是否支持对二进制分帧层的编码和解码，所以，使用HTTP/2.0之前，必然存在协议协商过程。

基于ALPN的协商过程

支持HTTP/2.0的浏览器可以在TLS会话层自发完成和服务器的协议协商以确定是否使用HTTP/2.0通信。其原理是TLS 1.2中引入了扩展字段，允许协议扩展，其中ALPN协议用户客户端和服务端的协议协商过程。
服务端使用ALPN，监听443端口默认提高HTTP/1.1，并允许其他协议协商，比如SPDY和HTTP/2.0。
客户端可以在TLS握手Client Hello阶段表明资深支持HTTP/2.0。
服务端收到后，响应Server Hello，表示自己支持HTTP/2.0

基于HTTP的协商过程

客户端使用HTTP也可以开始HTTP/3.0通信。只不过因为HTTP/1.0和HTTP/2.0都使用同一个端口（80）,又没有服务端是否是指HTTP/2.0的信息，此时客户端只能使用HTTP Upgrade机制（OKHttp,nghttp2等组件均可实现，也可以自己编码完成）通过协调确定适当的协议。

完整的通信过程

TCP连接建立->TLS握手->客户端向服务端发送SETTINGS帧，约定配置->流量控制->客户端想服务端发送HEADER帧->服务端返回配置->DATA帧传输数据

HTTP/2.0性能瓶颈

是不是启用HTTP 2.0后性能必然提升了？任何事情都不是绝对的，虽然总体而言性能肯定是能提升的。
我想HTTP 2.0会带来新的性能瓶颈。因为现在所有的压力集中在底层一个TCP连接之上，TCP很可能就是下一个性能瓶颈，比如TCP分组的队首阻塞问题，单个TCP packet丢失导致整个连接阻塞，无法逃避，此时所有消息都会受到影响。未来，服务器端针对HTTP 2.0下的TCP配置优化至关重要，有机会我们再跟进详述。

参考文献

《图解HTTP》
《HTTP 2.0 原理详细分析》