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HTTP学习

HTTP学习

作者: EmmmXu | 来源:发表于2018-09-28 11:35 被阅读0次

    HTTP概述

    HTTP是一种能够获取如 HTML 这样的网络资源的protocol(通讯协议)。 它是在Web上进行数据交换的基础,是一种client-server协议。也就是说,请求通常由浏览器这样的接受方发起的。一个完整的Web文档通常由不同的子文档拼接而成,像文本,布局描述,图片,视频,脚本等等。

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    客户端和服务端通过交换各自的消息(与数据流正好相反)进行交互。由像浏览器这样的客户端发出的消息叫做 requests,被服务端回应的消息叫做response。

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    HTTP被设计于20世纪90年代初期,是一种可扩展的协议。它是应用层的协议,通过TCP,或者TLS-加密的TCP连接来发送,理论上任何可靠的传输协议都可以使用。因为其良好的扩展性,时至今日,它不仅被用来传输超文本文档,还用来传输图片,视频,或者向服务器发送如HTML表单这样的信息。HTTP还可以根据网页需求,仅获取部分Web文档内容更新网页。

    基于HTTP的组件系统

    HTTP是一个client-server协议:请求通过一个实体被发出,实体也就是用户代理。大多数情况下,这个用户代理都是浏览器,当然它也可能是任何东西,比如一个爬取网页生成维护搜索引擎索引的机器爬虫。

    每一个发送到服务器的请求,都会被服务器处理并返回一个消息,也就是response。在这个请求与回应之间,还有许许多多的被称为proxies的实体,它们的作用于表现各不相同,比如有些是网关,还有些是caches

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    实际上,在一个浏览器和处理请求的服务器之间,还有路由器、调制解调器等许多计算机。由于Web的层次设计,那些在网络层和传输层的细节被隐藏起来了。HTTP位于最上层的应用层。虽然底层对于分析网络问题非常重要,但是大多都对HTTP的描述不相干。

    客户端: user-agent

    user-agent 就是任何能够为用户发起行为的工具。这个角色通常都是由浏览器来扮演。(一般的用户访问)。但是也有例外情况(对于我们来说,就是日常工作了) 比如工程师使用的程序,以及Web开发人员调试应用程序。

    浏览器总是作为一个发起请求的实体,他永远不是服务器(虽然近几年已经出现一些机制能够模拟由服务器发起的请求消息了(将浏览器模拟成一个服务器向服务器发送请求吗?)

    要展现一个网页,浏览器首先发送一个请求来获取页面的HTML文档,再解析文档中的资源信息发送其他请求,获取可执行脚本或CSS样式来进行页面布局渲染,以及加载一些其他页面资源(如图片和视频等)然后,浏览器将这些资源整合到一起,展现出一个完整的文档:也就是网页。浏览器执行的脚本可以在之后的阶段获取更多资源,并相应的更新网页。

    一个网页就是一个超文本文档,也就是说,有一部分显示的文本可能是链接,启动它(通常是鼠标点击)就可以获取一个新的网页,使得用户可以控制客户端进行网上冲浪。浏览器来负责发送HTTP请求,并进一步解析HTTP返回的消息,以向用户提供明确的响应。

    Web服务端

    在上述通信过程的另一端,是由webservice。来服务并提供客户端请求的文档。Server只是虚拟意义上代表一个机器:她可以是共享负载(负载均衡)的一组服务器组成的计算机集群,也可以是一种复杂的软件,通过向其他计算机(如缓存,数据库服务器,电子商务服务器…)发起请求来获取部分或全部资源。

    Server不一定是一台机器,但一个机器上可以装多个Server。在HTTP/1.1 和Host头部种,它们甚至可以共享同一个IP地址(意思是多个Server 可以共享同一个IP地址。)

    代理(proxies)

    在浏览器和服务器之间,有许多计算机和其他设备转发了HTTP消息。由于Web栈层次结构的原因,它们大多都出现在传输层、网络层和物理层上,对于HTTP应用层而言是透明的,虽然它们可能会对应用层性能有重要影响。还有一部分是表现在应用层上的,被称为代理(Proxies)。代理既可以表现的透明,也可以不透明('改变请求'不会通过它们)->这个的意思是可以对HTTP Method进行过滤? 代理主要有以下几个作用:

    • 缓存(可以是公开的也可以是私有的,像浏览器的缓存)

    • 过滤(像反病毒扫描,家长控制)

    • 负载均衡(让多个服务器服务不同的请求)

    • 认证(对不同资源进行权限管理)

    • 日志记录(允许存储历史信息)

    HTTP的基本性质

    HTTP是简单的

    虽然下一代HTTP/2协议将HTTP消息封装到了帧(frames)中,HTTP大体上还是被设计得简单易读。HTTP报文能够被人读懂,还允许简单测试,降低了门槛,对新人很友好。

    HTTP是可扩展的

    在HTTP/1.0中出现的 HTTP headers 让协议扩展变得非常容易。只要服务端和客户端在 headers达成语意一致,新功能就可以轻松被加进来。

    HTTP是无状态的,有会话的

    HTTP是无状态的:在同一个连接中,两个执行成功的请求之间是没有联系的。这就带来了一个问题,用户没有办法在同一个网站中进行连续的交互,比如在一个电商网站里,用户把某个产品加入到购物车,切换一个页面之后再次添加了商品,这两次添加商品之间的请求没有关联,浏览器无法知道用户最终选择了哪些产品。而使用HTTP的头部扩展,HTTP Cookies就可以解决这个问题。把Cookies添加到头部中,创建一个会话让每次请求都能共享相同的上下文信息,达成相同的状态。

    注意,HTTP的本质是无状态的,使用Cookies可以创建有状态的会话。

    HTTP和连接

    一个连接是由传输层来控制的,这从根本上不属于HTTP的范围。HTTP并不需要其底层的传输层协议是面向连接的,只需要它是可靠的或不丢失消息的(至少返回错误)。在互联网中,有两个最常用的传输层协议:TCP是可靠的而UDP不是。因此,HTTP依赖于面向连接的TCP进行消息传递,但是连接并不是必须的。

    HTTP/1.0为每个请求/响应都打开一个TCP连接,导致了2个缺点:打开一个TCP连接需要多次往返消息传递,因此速度慢。(三次握手)但当多个消息周期性发送时,这样就变得更加高效:暖连接要比冷连接更加高效。

    为了减轻这些缺陷,HTTP/1.1引入了流水线(事实证明难以实现)和持久连接的概念:底层的TCP连接可以通过Connection 头部来被部分控制。HTTP/2则发展得更远,通过一个连接复用消息的方式来让这个连接始终保持为暖连接。

    为了更好的适合HTTP,设计一种更好的传输协议的进程一直在进行,Google就研发了一种以UDP为基础,能提供更可靠更高效的传输协议

    HTTP能控制什么

    多年以来HTTP良好的扩展性使得越来越多的Web功能归其控制。缓存和认证很早就可以由HTTP来控制了。另一方面,对同源同域(跨域问题!)的限制到2010年才有所改变。

    以下是可以被HTTP控制的常见特性。

    • 缓存

      文档如何缓存能通过HTTP来控制。服务端能告诉代理和客户端哪些文档需要被缓存,缓存多久,而客户端也能够命令中间的缓存代理来忽略存储的文档。

    • 开放同源限制

      为了防止网络窥听和其他隐私泄漏,浏览器强制对Web网站做了分割限制。只有来自于相同来源的网页才能够获取网站的全部信息。这样的限制有时反而成了负担,HTTP可以通过修改头部来开放这样的限制,因此Web文档可以是由不同域下的信息拼接成的(某些情况下,这样做还有安全因素的考虑)

    • 认证

      一些页面能够被保护起来,仅让特定用户进行访问。基本的认证功能可以直接通过HTTP提供,使用Authenticate相似的头部即可,或用HTTP Cookies来设置制定的会话。

    • 代理和隧道

      通常情况下,服务器和客户端是出于内网的,对外网隐藏真实IP地址。因此HTTP请求就要通过代理越过这个网络屏障。但并非所有的代理都是HTTP代理。例如SOCKS协议的代理就运作在更底层,一些像FTP这样的协议也能够被它们处理。

    • 会话

      使用HTTP Cookies允许你用一个服务端的状态发起请求,这就创建了会话。虽然基本的HTTP是无状态协议。这很有用,不仅是因为这能应用到像购物车这样的电商业务上,更是因为这使得任何网站都能轻松为用户定制展示的内容了。

    HTTP 流

    当客户端像要和服务端进行信息交互时(服务端指的是最终服务器,或者是一个中间代理),过程表现为下面几步:

    1. 打开一个TCP连接:TCP连接被用来发送一条或多条请求,以及接受回应消息。客户端可能打开一条新的连接,或重用一个已经存在的连接,或者也可能开几个新的TCP连接连向服务端。

    2. 发送一个HTTP报文:HTTP报文(在HTTP/2之前)是语义可读的。在HTTP/2中,这些简单的消息被封装在了桢中,这使得报文不能被直接读取,但是原理仍然是相同的。

    <pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block md-fences-with-lineno ty-contain-cm modeLoaded" lang="HTTP" contenteditable="false" cid="n97" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-size: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-top-left-radius: 3px; border-top-right-radius: 3px; border-bottom-right-radius: 3px; border-bottom-left-radius: 3px; padding: 8px 1em 6px 0px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; caret-color: rgb(51, 51, 51); color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none; background-position: inherit inherit; background-repeat: inherit inherit;"> GET / HTTP/1.1
    Host: developer.mozilla.org
    Accept-Language: fr
    ​</pre>

    1. 读取服务端返回的报文信息

    <pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block md-fences-with-lineno ty-contain-cm modeLoaded" lang="HTTP" contenteditable="false" cid="n101" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-size: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-top-left-radius: 3px; border-top-right-radius: 3px; border-bottom-right-radius: 3px; border-bottom-left-radius: 3px; padding: 8px 1em 6px 0px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; caret-color: rgb(51, 51, 51); color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: auto; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration: none; background-position: inherit inherit; background-repeat: inherit inherit;"> HTTP/1.1 200 OK
    Date: Sat, 09 Oct 2010 14:28:02 GMT
    Server: Apache
    Last-Modified: Tue, 01 Dec 2009 20:18:22 GMT
    ETag: "51142bc1-7449-479b075b2891b"
    Accept-Ranges: bytes
    Content-Length: 29769
    Content-Type: text/html

    <!DOCTYPE html... (here comes the 29769 bytes of the requested web page)
    ​</pre>

    1. 关闭连接或者为后续请求重用连接。

    当HTTP流水线启动时,后续请求都可以不用等待第一个请求的成功回应就被发送。然而HTTP流水线已被证明很难再现有的网络中实现,因为现有网络中有很多老旧的软件与现代版本的软件共存。因此,HTTP流水线已被多并发表现更好的HTTP/2的帧所取代。

    HTTP报文

    HTTP/1.1以及更早的HTTP协议报文都是语义可读的。在HTTP/2中,这些报文被嵌入到了一个新的二进制结构-帧。帧允许实现很多优化,比如报文头部的压缩和复用。即使只有原始HTTP报文的一部分以HTTP/2发送出来,每条报文的语义依旧不变,客户端会重组原始HTTP/1.1请求。因此用HTTP/1.1格式来理解HTTP/2报文仍旧有效。

    有两种HTTP报文类型,请求与回应每种都有其特定的格式。

    请求

    例子:

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    请求由以下元素组成:

    • 一个HTTP的Method经常是由一个动词像GET,POST,或者一个名词像OPTIONS,HEAD,来定义客户端的动作行为。通常客户端的操作都是获取资源(GET)或者发送HTML form表单值(POST)虽然在一些情况下也会有其他操作。

    • 要获取的资源的路径,通常是上下文中就很明显的元素资源的URL,它没有protocol(http://),domain(devoloper.mozilla.org),或是TCP的port(HTTP默认端口是80)。

    • HTTP协议的版本号

    • 为服务端表达其他信息的可选头部headers https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers

    • 对于一些像POST这样的方法,报文的body就包含了发送的资源,这与回应报文的body类似。

    回应

    HTTP回应的一个例子:

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    回应报文包含了下面的元素:

    • HTTP协议版本号

    • 一个状态码(status code)

    • 一个状态信息,这个信息是非权威的状态码描述信息,可以由服务端自行设定。

    • 一个HTTP headers与请求头类似。

    • 可选项,比起请求报文,响应报文中更常见地包含获取的资源body。

      ————

    总结

    HTTP是一种简单可扩展的协议,其Client-Server的结构以及轻松扩展头部信息的能力使得HTTP可以和WEB共同发展。

    即使HTTP/2为了提高性能将HTTP报文嵌入到帧这一举措增加了复杂度,但是从Web应用的角度来看,报文的基本结构没有变化,从HTTP/1.0发布起就是这样的结构。会话流依旧简单,通过一个简单的HTTP meesage monitor就可以查看和纠错。

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