前言

http是你无论从事前端还是后端都绕不开的协议，对基础及核心部分的深入学习才是成为一名专业技术人员的前提，以不变应万变才是立足之本；

1.了解Web与网络基础；

这章主要概述了一下web是建立在何种技术之上，以及http协议是如何诞生并发展的；

1.1 什么是http

我们在使用浏览器的时候，从输入url到页面展示出来，经理了几个阶段 如下
1、输入网址
2、DNS解析
3、建立tcp连接
4、客户端发送HTPP请求
5、服务器处理请求　
6、服务器响应请求
7、浏览器展示HTML
8、浏览器发送请求获取其他在HTML中的资源。
致此，浏览器将会显示网页了，我们今天主要讲一下http，其他的以后再说；

HTTP协议，即超文本传输协议(Hypertext transfer protocol)。是一种详细规定了浏览器和万维网(WWW = World Wide Web)服务器之间互相通信的规则，通过因特网传送万维网文档的数据传送协议。

HTTP协议作为TCP/IP模型中应用层的协议也不例外。HTTP协议通常承载于TCP协议之上，有时也承载于TLS或SSL协议层之上，这个时候，就成了我们常说的HTTPS。

敲黑板！！！ HTTP常被译作 超文本传输协议 其实是不严谨的，严谨的译名 超文本转移协议；

1.2 http的诞生

其实http最初是由创始人WWW之父蒂姆·贝纳斯·李（TimBerners—Lee）提出来共享知识的设想，后来WWW联盟（WWW Consortium）成立，组织了IETF（Internet Engineering Task Force）小组进一步完善和发布HTTP协议。90年发布0.9，96年发布1.0，97年发布1.1，2.0还在制定中；

1.3 网络基础TCP/IP

为了理解 HTTP，我们有必要事先了解一下 TCP/IP 协议族。 通常使用的网络（包括互联网）是在 TCP/IP 协议族的基础上运作 的。而 HTTP 属于它内部的一个子集。 TCP/IP 协议族里重要的一点就是分层。 TCP/IP 协议族按层次分别分 为以下 4 层：应用层、传输层、网络层和数据链路层。

应用层

应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。 TCP/IP 协议族内预存了各类通用的应用服务。比如，FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）和 DNS（Domain Name System，域 名系统）服务就是其中两类。 HTTP 协议也处于该层。

传输层

传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据 传输。 在传输层有两个性质不同的协议：TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和 UDP（User Data Protocol，用户数据报 协议）。

网络层

网络层（又名网络互连层） 网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数 据单位。该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线）到达对方计 算机，并把数据包传送给对方。

数据链路层

链路层（又名数据链路层，网络接口层） 用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱 动、NIC（Network Interface Card，网络适配器，即网卡），及光纤等 物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介）。硬件上的范畴均在 链路层的作用范围之内。 举个例子

• 我想看个某个网页，这时我会发起想看某个网页的一个请求，这是应用层；
• 接着，为了传输方便，在传输层（TCP 协议）把从应用层处收到的数 据（HTTP 请求报文）进行分割，并在各个报文上打上标记序号及端 口号后转发给网络层。这是传输层；
• 在网络层（IP 协议），增加作为通信目的地的 MAC 地址后转发给链 路层。这样一来，发往网络的通信请求就准备齐全了。

接收端的服务器在链路层接收到数据，按序往上层发送，一直到应用 层。当传输到应用层，才能算真正接收到由客户端发送过来的 HTTP 请求。

发送端在层与层之间传输数据时，每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。反之，接收端在层与层传输数据时，每经过一层 时会把对应的首部消去。 这种把数据信息包装起来的做法称为封装（encapsulate）。

http1.0/1.1

缓存

http1.0缓存主要用了If-Modified-Since,Expires，而1.1加入了Entity tag，If-Unmodified-Since, If-Match，If-None-Match等

带宽优化及网络连接的使用

HTTP1.0中，存在一些浪费带宽的现象，例如客户端只是需要某个对象的一部分，而服务器却将整个对象送过来了，并且不支持断点续传功能，HTTP1.1则在请求头引入了range头域，它允许只请求资源的某个部分，即返回码是206（Partial Content），这样就方便了开发者自由的选择以便于充分利用带宽和连接。

错误通知的管理

在HTTP1.1中新增了24个错误状态响应码，如409（Conflict）表示请求的资源与资源的当前状态发生冲突；410（Gone）表示服务器上的某个资源被永久性的删除。

Host头处理

在HTTP1.0中认为每台服务器都绑定一个唯一的IP地址，因此，请求消息中的URL并没有传递主机名（hostname）。但随着虚拟主机技术的发展，在一台物理服务器上可以存在多个虚拟主机（Multi-homed Web Servers），并且它们共享一个IP地址。HTTP1.1的请求消息和响应消息都应支持Host头域，且请求消息中如果没有Host头域会报告一个错误（400 Bad Request）。

长连接

HTTP 1.1支持长连接（PersistentConnection）和请求的流水线（Pipelining）处理，在一个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应，减少了建立和关闭连接的消耗和延迟，在HTTP1.1中默认开启Connection： keep-alive，一定程度上弥补了HTTP1.0每次请求都要创建连接的缺点。

新增

HTTP1.1增加了OPTIONS, PUT, DELETE, TRACE, CONNECT这些Request方法.

1.x的缺点

• 只允许一次发送一个请求，会出现阻塞问题；
• 单向请求；
• 请求响应头信息冗余量大；
• 数据未压缩；

HTTP2.0

二进制分帧传输；

2.0为了突破HTTP1.1的性能限制，改进传输性能，实现低延迟高吞吐量在应用层（HTTP）和传输层（TCP）之间增加一个二进制分帧层。
2.0中引入了新的编码机制，所有传输的数据都会被分割，并采用二进制格式编码。

首部压缩

2.0使用了HPACK（HTTP2头部压缩算法）压缩格式对传输的header进行编码，减少了header的大小。并在两端维护了索引表，用于记录出现过的header，后面在传输过程中就可以传输已经记录过的header的键名，对端收到数据后就可以通过键名找到对应的值。

多路复用

2.0中,基于二进制分帧层，HTTP2.0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，交错发出去，在另一端根据流标识符和首部将他们重新组装起来。 通过该技术，可以避免HTTP旧版本的队头阻塞问题，极大提高传输性能。

请求优先级

把HTTP消息分为很多独立帧之后，就可以通过优化这些帧的交错和传输顺序进一步优化性能。

服务器推送

。在HTTP2.0中，服务器可以对一个客户端的请求发送多个响应。如果一个请求是由你的主页发送的，服务器可能会响应主页内容、logo以及样式表，因为他知道客户端会用到这些东西。这样不但减轻了数据传送冗余步骤，也加快了页面响应的速度，提高了用户体验。

推送的缺点：所有推送的资源都必须遵守同源策略。换句话说，服务器不能随便将第三方资源推送给客户端，而必须是经过双方的确认才行。

2.0的缺点

• 建立连接时间长(本质上是TCP的问题)
• 队头阻塞问题
• 移动互联网领域表现不佳(弱网环境)

HTTP3.0

网络环境的改变速度很快，但是TCP协议相对缓慢，正是这种矛盾促使谷歌做出了一个看似出乎意料的决定-基于UDP来开发新一代HTTP协议。

我们单纯地看看TCP协议的不足和UDP的一些优点：

• 基于TCP开发的设备和协议非常多，兼容困难
• TCP协议栈是Linux内部的重要部分，修改和升级成本很大
• UDP本身是无连接的、没有建链和拆链成本
• UDP的数据包无队头阻塞问题
• UDP改造成本小 从上面的对比可以知道，谷歌要想从TCP上进行改造升级绝非易事，但是UDP虽然没有TCP为了保证可靠连接而引发的问题，但是UDP本身不可靠，又不能直接用。 谷歌决定在UDP基础上改造一个具备TCP协议优点的新协议也就顺理成章了，这个新协议就是QUIC协议。

QUIC协议和HTTP3.0

QUIC其实是Quick UDP Internet Connections的缩写，直译为快速UDP互联网连接。

机制一：自定义连接机制

一条tcp连接是由四元组标识的，分别是源ip、源端口、目的端口，一旦一个元素发生变化时，就会断开重连，重新连接。在次进行三次握手，导致一定的延时 在TCP是没有办法的，但是基于UDP，就可以在QUIC自己的逻辑里面维护连接的机制，不再以四元组标识，而是以一个64 位的随机数作为ID来标识，而且UDP是无连接的，所以当ip或者端口变化的时候，只要ID不变，就不需要重新建立连接

机制二：自定义重传机制

tcp为了保证可靠性，通过使用序号和应答机制，来解决顺序问题和丢包问题 任何一个序号的包发过去，都要在一定的时间内得到应答，否则一旦超时，就会重发这个序号的包，通过自适应重传算法（通过采样往返时间RTT不断调整）

但是，在TCP里面超时的采样存在不准确的问题。例如发送一个包，序号100，发现没有返回，于是在发送一个100，过一阵返回ACK101.客户端收到了，但是往返的时间是多少，没法计算。是ACK到达的时候减去第一还是第二。

QUIC也有个序列号，是递增的，任何宇哥序列号的包只发送一次，下次就要加1，那样就计算可以准确了

但是有一个问题，就是怎么知道包100和包101发送的是同样的内容呢？quic定义了一个offset概念。QUIC既然是面向连接的，也就像TCP一样，是一个数据流，发送的数据在这个数据流里面有个偏移量offset，可以通过offset查看数据发送到了那里，这样只有这个offset的包没有来，就要重发。如果来了，按照offset拼接，还是能够拼成一个流。

机制三： 无阻塞的多路复用

有了自定义的连接和重传机制，就可以解决上面HTTP2.0的多路复用问题

同HTTP2.0一样，同一条 QUIC连接上可以创建多个stream，来发送多个HTTP请求，但是，QUIC是基于UDP的，一个连接上的多个stream之间没有依赖。这样，假如stream2丢了一个UDP包，后面跟着stream3的一个UDP包，虽然stream2的那个包需要重新传，但是stream3的包无需等待，就可以发给用户。

机制四：自定义流量控制

TCP的流量控制是通过滑动窗口协议。QUIC的流量控制也是通过window_update，来告诉对端它可以接受的字节数。但是QUIC的窗口是适应自己的多路复用机制的，不但在一个连接上控制窗口，还在一个连接中的每个steam控制窗口。

在TCP协议中，接收端的窗口的起始点是下一个要接收并且ACK的包，即便后来的包都到了，放在缓存里面，窗口也不能右移，因为TCP的ACK机制是基于序列号的累计应答，一旦ACK了一个序列号，就说明前面的都到了，所以是要前面的没到，后面的到了也不能ACK,就会导致后面的到了，也有可能超时重传，浪费带宽

QUIC的ACK是基于offset的，每个offset的包来了，进了缓存，就可以应答，应答后就不会重发，中间的空档会等待到来或者重发，而窗口的起始位置为当前收到的最大offset，从这个offset到当前的stream所能容纳的最大缓存，是真正的窗口的大小，显然，那样更加准确。

https

什么是https

HTTP+SSL/TLS，通过 SSL证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信进行加密。

https的过程

• 首先客户端通过URL访问服务器建立SSL连接。
• 服务端收到客户端请求后，会将网站支持的证书信息（证书中包含公钥）传送一份给客户端。
• 客户端的服务器开始协商SSL连接的安全等级，也就是信息加密的等级。
• 客户端的浏览器根据双方同意的安全等级，建立会话密钥，然后利用网站的公钥将会话密钥加密，并传送给网站。
• 服务器利用自己的私钥解密出会话密钥。
• 服务器利用会话密钥加密与客户端之间的通信。

https的缺点

• HTTPS协议多次握手，导致页面的加载时间延长近50%；
• HTTPS连接缓存不如HTTP高效，会增加数据开销和功耗；
• 申请SSL证书需要钱，功能越强大的证书费用越高。
• SSL涉及到的安全算法会消耗 CPU 资源，对服务器资源消耗较大。

HTTPS和HTTP的区别

• HTTP协议运行在TCP之上，所有传输的内容都是明文，HTTPS运行在SSL/TLS之上，SSL/TLS运行在TCP之上，所有传输的内容都经过加密的。
• HTTP和HTTPS使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。
• HTTPS可以有效的防止运营商劫持，解决了防劫持的一个大问题。
• HTTP在OSI网络模型中是在应用层，而HTTPS的TLS是在传输层
• HTTP是无状态的，HTTPS是有状态的
• 连接方式不同，HTTP三次握手，HTTPS中TLS1.2版本7次，TLS1.3版本6次