深入理解HTTP协议

在前端性能优化之概述中，我们列举列一些优化方向，其中多处是跟http网络有关的，所以在继续往下深入之前还是有必要温习一下计算机系的必修课《计算机网络》，接下来几篇文章会围绕计算机网络中HTTP相关知识进行总结。

一、网络体系结构

HTTP协议作为计算机网络的一部分，我们要学习HTTP协议,首先得了解计算机网络大概是一个什么样的结构，HTTP在其中又是一个什么角色。


在《计算机网络》这本书中提到了3种体系结构:

网络体系机构

OSI七层网络模型网络协议，比较复杂不是很实用，而TCP/IP协议（四层）应用却是很广泛的，主要分为：

1. 应用层
2. 运输层
3. 网际层
4、网络接口层

为了综合OSI和TCP/IP的优先，实际上经常表示的是一种5层协议，如上图（C）所示，即把网络接口层分为了数据链路层和物理层。

从实质上讲TCP/IP只是最上面三层。

分层	协议
应用层	HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、TFTP、SMTP（发送邮件）、SNMP、DNS（域名系统）
传输层	TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）
网络层	CMP（网际控制消息协议，发送消息，并报告有关数据包的传送错误）、IGMP（互联组管理协议，IP主机向本地多路广播路由器报告主机组成员）、IP（网际协议，负责主机和网络之间寻址和路由数据包）、ARP（地址解析协议，获得同一物理网络中的硬件主机MAC地址）
数据链路层
物理层

二、数据传输

上面我们描述了网络体系机构，一共分为了5层， 那每一次数据又是如何传输的呢

数据传输 数据传输2

应用程序数据在发送到物理网络之前，会沿着协议栈从上往下传递。每层协议都将在上层协议数据的基础上加上自己的头部信息（链路层还会加上尾部信息），以为实现该层功能提供必要的信息。 发送端发送数据时，数据会从上层传输到下层，且每经过一层都会被打上该层的头部信息。而接收端接收数据时，数据会从下层传输到上层，传输前会把下层的头部信息删除。

我们注意到在应用层就产生了HTTP报文，我们在浏览器中connect中经常调试的内容就是HTTP报文内容的特殊显示。

http报文

产生HTTP报文后，需要由传输层（TCP）将数据传输出去，那TCP具体要做什么事情呢？

客户端和服务端进行信息发送，是需要创建一个TCP连接的。按层此分，TCP(Transimision Control Protocal)位于传输层。提供可靠的字节流服务（为了方便传输将大块数据分割成以报文段为单位的数据包进行管理）。可靠的传输服务是指，能够把数据准确可靠的传给对方。

TCP是如何做到这些事情的呢？

1、连接建立 ： 主要是指TCP/IP的三次握手来建立连接

2、将数据进行分段打包传输： 主要是实在网络传输过程中的MTU（最大传输单元）决定的，数据必须打包成段才可以传送 ；

3、对每个数据包编号控制顺序： 数据打包成段后，需要按序列号排序来发送，保证数据的连贯性

4、运输中丢失、重发和丢弃处理

5、流量控制：  通过滑动窗口来进行流量的控制

6、避免拥塞： 解决拥塞控制的办法是：采用慢启动和拥塞避免算法结合使用来控制拥塞

TCP协议一个最主要的特点是面向链接的运输层协议。TCP把连接作为最基本的抽象。TCP运输连接的建立和释放都是一个必不可少的过程。运输连接有三个阶段
建立连接（3次握手）、传输数据、断开连接（4次挥手）。

• 建立连接（3次握手）

建立连接需要在客户端和服务器之间交换三次TCP报文，具体如下：

建立连接

1、Client首先创建一个TCB(传输控制块), 这个传输控制块中报文的同步位置SYN=1，同时选择一个seq的序列号，这个TCB报文中不携带任何数据，发送完成后
Client进入SYN_SEND状态，等待服务端的确认。（第一次握手）

2、Server 接受到请求后如果同意连接，则创建一个应答报文，报文头将SYN和ACK都设置为1，同时增加一个自己的初始序列号y和回复一个ack确认号，ack=x+1,此时服务端将会进入SYN_RECV状态.

3、Client收到报文校验提供后，再回复一个报文，报文头将ACK设置为1，此时增自己的序列号为seq=x+1,确认号为ack=y+1,此时都会进入ESTABLISHED状态.

• 发送数据

发送数据主要是发送http报文数据，其中涉及到数据重传、流量控制。

• 断开连接（4次挥手）

建立连接

断开是双向断开，客户端向服务端请求断开和服务器向客户端发送断开请求，每次请求都会进行一次ack确认，所以是4次挥手。

TCP的释放除了四次握手释放以外，TCP还会保持一个保活计时器（ keep-alive timer） 防止机器或者网络故障。

三、HTTP协议

HTTP是一个面向事物的应用层协议，是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写。

• 基本特征

1、本事无连接，依赖TCP连接；
2、无状态，（可以依赖cookie）；
3、能传输任意类型数据；

1、HTTP是无状态的面向连接的协议,无状态不代表HTTP不能保持TCP连接,HTTP使用的不是UDP协议(无连接)
2、从HTTP/1.1起，默认都开启了Keep-Alive，保持连接特性，简单地说，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接
3、Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间