HTTP协议发展历史
已被阅读 754 次 | 文章分类:日常随笔 | 2022-03-24 23:07
超文本传输协议（HTTP）是一个用于传输超媒体文档（例如 HTML）的应用层协议。它是为 Web 浏览器与 Web 服务器之间的通信而设计的； HTTP 是无状态协议，这意味着服务器不会在两个请求之间保留任何数据（状态）；本文就把发展历史简单整理一下
1 发展历史
HTTP（HyperText Transfer Protocol）是万维网（World Wide Web）的基础协议。自 Tim Berners-Lee 博士和他的团队在1989-1991年间创造出它以来，HTTP已经发生了太多的变化，在保持协议简单性的同时，不断扩展其灵活性。如今，HTTP已经从一个只在实验室之间交换文件的早期协议进化到了可以传输图片，高分辨率视频和3D效果的现代复杂互联网协议;
目前经历了下面几个阶段
2 HTTP/0.9
1991年发布的0.9版。该版本极其简单;请求由单行指令构成，以唯一可用方法GET开头，其后跟目标资源的路径
GET /test.html
响应也极其简单的：只包含响应文档本身。
<HTML>
这是一个非常简单的HTML页面
</HTML>
主要缺陷:HTTP/0.9 的响应内容并不包含HTTP头，这意味着只有HTML文件可以传送，无法传输其他类型的文件；也没有状态码或错误代码：一旦出现问题，一个特殊的包含问题描述信息的HTML文件将被发回，供人们查看.
3 HTTP/1.0
3.1 请求格式
GET / HTTP/1.0
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)
Accept: */*
GET /myimage.gif HTTP/1.0
User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1)
可以看到，这个格式与0.9版有很大变化。
第一行是请求命令，必须在尾部添加协议版本（HTTP/1.0）。后面就是多行头信息，描述客户端的情况。
3.2 响应格式
HTTP/1.0 200 OK
Content-Type: text/plain
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMT
Last-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMT
Server: Apache 0.84
<html>
<body>Hello World</body>
</html>
200 OK
Date: Tue, 15 Nov 1994 08:12:32 GMT
Server: CERN/3.0 libwww/2.17
Content-Type: text/gif
(这里是图片内容)
回应的格式是"头信息 + 一个空行（\r\n） + 数据"。其中，第一行是"协议版本 + 状态码（status code） + 状态描述"
3.3 Content-Type 字段
关于字符的编码，1.0版规定，头信息必须是 ASCII 码，后面的数据可以是任何格式。因此，服务器回应的时候，必须告诉客户端，数据是什么格式，这就是Content-Type字段的作用。 下面是一些常见的Content-Type字段的值。
text/plain
text/html
text/css
image/jpeg
image/png
image/svg+xml
audio/mp4
video/mp4
application/javascript
application/pdf
application/zip
application/atom+xml
这些数据类型总称为MIME type，每个值包括一级类型和二级类型，之间用斜杠分隔。 MIME type还可以在尾部使用分号，添加参数。
Content-Type: text/html; charset=utf-8 // 表示发送的是网页，而且编码是UTF-8
客户端请求的时候，可以使用Accept字段声明自己可以接受哪些数据格式。
Accept: */* // 表示接受所有格式
3.4 Content-Encoding 字段
由于发送的数据可以是任何格式，因此可以把数据压缩后再发送。Content-Encoding字段说明数据的压缩方法
Content-Encoding: gzip
Content-Encoding: compress
Content-Encoding: deflate
客户端在请求时，用Accept-Encoding字段说明自己可以接受哪些压缩方法。
Accept-Encoding: gzip, deflate
主要缺点:
HTTP/1.0 版的主要缺点是，每个TCP连接只能发送一个请求。发送数据完毕，连接就关闭，如果还要请求其他资源，就必须再新建一个连接。
TCP连接新建成本很高，因为需要客户端和服务器三次握手，并且开始时发送速率较慢（slow start）。所以，HTTP 1.0版本的性能比较差。而且随着网页加载的外部资源越来越多，这个问题就愈发突出了
4 HTTP/1.1
1997年1月，HTTP/1.1 版本发布，只比 1.0 版本晚了半年。它进一步完善了 HTTP 协议；形成了一个标准化的协议；完善内容如下
1 连接可以复用，节省了多次打开TCP连接加载网页文档资源的时间。
2 增加管线化技术，允许在第一个应答被完全发送之前就发送第二个3 请求，以降低通信延迟。
3 支持响应分块。
4 引入额外的缓存控制机制。
5 引入内容协商机制，包括语言，编码，类型等，并允许客户端和服务器之间约定以最合适的内容进行交换。
6 感谢Host头，能够使不同域名配置在同一个IP地址的服务器上。
4.1 持久连接
1.1 版的最大变化，就是引入了持久连接（persistent connection），即TCP连接默认不关闭，可以被多个http请求复用；
目前，对于同一个域名，大多数浏览器允许同时建立6个持久连接。也就是一个TCP连接可允许同时提供6个http请求
4.2 管道机制
1.1 版还引入了管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。这样进一步改进了HTTP协议的效率。
举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送A请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出B请求。管道机制则是允许浏览器同时发出A请求和B请求，但是服务器还是按照顺序，先回应A请求，完成后再回应B请求。
4.3 Content-Length 字段
一个TCP连接现在可以传送多个回应，势必就要有一种机制，区分数据包是属于哪一个回应的。这就是Content-length字段的作用，声明本次回应的数据长度。
Content-Length: 3495
上面代码告诉浏览器，本次回应的长度是3495个字节，后面的字节就属于下一个回应了。 在1.0版中，Content-Length字段不是必需的，因为浏览器发现服务器关闭了TCP连接，就表示已经收到了所有的数据
4.4 分块传输编码
使用Content-Length字段的前提条件是，服务器发送回应之前，必须知道回应的数据长度。 但是对于一些很耗时的动态操作来说，比如上传大文件或者下载大文件；这意味着，服务器要等到所有操作完成，才能发送数据，显然这样的效率不高。
所以协议提供了一种方式:产生一块数据，就发送一块，采用"流模式"（stream）取代"缓存模式"（buffer）。 因此1.1版规定可以不使用Content-Length字段，而使用"分块传输编码"（chunked transfer encoding）。只要请求或回应的头信息有Transfer-Encoding字段，就表明回应将由数量未定的数据块组成。
Transfer-Encoding: chunked
HTTP分块编码的响应报文结构大概是这样的：以HTTP响应首部块开始，随后是一系列的分块。每个分块包含一个长度值和该分块的数据，长度值是十六进制形式并将CRLF与数据分隔开。分块中数据的大小以字节计算，不包括长度值和数据之间的CRLF序列。最后是长度为0的结束块，表示分块编码传输结束
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain
Transfer-Encoding: chunked
25
This is the data in the first chunk
1C
and this is the second one
3
con
8
sequence
0
主要缺陷:
虽然1.1版允许复用TCP连接，但是同一个TCP连接里面，所有的数据通信是按次序进行的。服
务器只有处理完一个回应，才会进行下一个回应。要是前面的回应特别慢，后面就会有许多请求排队等着。这称为"队头堵塞"（Head-of-line blocking）。
为了避免这个问题，只有两种方法：一是减少请求数，二是同时多开持久连接。出现了很多的网页优化技巧，比如合并脚本和样式表、将图片嵌入CSS代码、域名分片（domain sharding）等等。
5 HTTP/2
2015年，HTTP/2 发布。它不叫 HTTP/2.0，是因为标准委员会不打算再发布子版本了，下一个新版本将是 HTTP/3。
HTTP/2在1.1的版本上不同:
1 HTTP/2是二进制协议而不是文本协议。不再可读，也不可无障碍的手动创建，改善的优化技术现在可被实施。
2 这是一个复用协议。并行的请求能在同一个链接中处理，移除了HTTP/1.x中顺序和阻塞的约束。
3 压缩了headers。因为headers在一系列请求中常常是相似的，其移除了重复和传输重复数据的成本。
4 其允许服务器在客户端缓存中填充数据，通过一个叫服务器推送的机制来提前请求。
5.1 二进制协议
HTTP/1.1 版的头信息肯定是文本（ASCII编码），数据体可以是文本，也可以是二进制。HTTP/2 则是一个彻底的二进制协议，头信息和数据体都是二进制，并且统称为"帧"（frame）：头信息帧和数据帧。 二进制协议的一个好处是，可以定义额外的帧。HTTP/2 定义了近十种帧，为将来的高级应用打好了基础。如果使用文本实现这种功能，解析数据将会变得非常麻烦，二进制解析则方便得多。
5.2 多工
HTTP/2 复用TCP连接，在一个连接里，客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应，而且不用按照顺序一一对应，这样就避免了"队头堵塞"。 举例来说，在一个TCP连接里面，服务器同时收到了A请求和B请求，于是先回应A请求，结果发现处理过程非常耗时，于是就发送A请求已经处理好的部分， 接着回应B请求，完成后，再发送A请求剩下的部分。这样双向的、实时的通信，就叫做多工（Multiplexing）
5.3 数据流
因为 HTTP/2 的数据包是不按顺序发送的，同一个连接里面连续的数据包，可能属于不同的回应。因此，必须要对数据包做标记，指出它属于哪个回应。
HTTP/2 将每个请求或回应的所有数据包，称为一个数据流（stream）。每个数据流都有一个独一无二的编号。数据包发送的时候，都必须标记数据流ID，用来区分它属于哪个数据流。另外还规定，客户端发出的数据流，ID一律为奇数，服务器发出的ID为偶数。 数据流发送到一半的时候，客户端和服务器都可以发送信号（RST_STREAM帧），取消这个数据流。
1.1版取消数据流的唯一方法，就是关闭TCP连接。这就是说，HTTP/2 可以取消某一次请求，同时保证TCP连接还打开着，可以被其他请求使用。
客户端还可以指定数据流的优先级。优先级越高，服务器就会越早回应。
5.4 头信息压缩
HTTP 协议不带有状态，每次请求都必须附上所有信息。所以，请求的很多字段都是重复的，比如Cookie和User Agent，一模一样的内容，每次请求都必须附带，这会浪费很多带宽，也影响速度。
HTTP/2 对这一点做了优化，引入了头信息压缩机制（header compression）
一方面，头信息使用gzip或compress压缩后再发送；
另一方面，客户端和服务器同时维护一张头信息表，所有字段都会存入这个表，生成一个索引号，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就提高速度了
5.5 服务器推送
HTTP/2 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源，这叫做服务器推送（server push）
常见场景是客户端请求一个网页，这个网页里面包含很多静态资源。正常情况下，客户端必须收到网页后，解析HTML源码，发现有静态资源，再发出静态资源请求
其实，服务器可以预期到客户端请求网页后，很可能会再请求静态资源，所以就主动把这些静态资源随着网页一起发给客户端了。