图解HTTP系列笔记

阳光穿透心脏的1/2处 2021-11-22 06:52 357阅读 0赞

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 的分层管理 ##

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**。

**把 TCP/IP 层次化是有好处的：**

*  如果互联网只由一个协议统筹，某个地方需要改变设计时，就必须把所有部分整体替换掉。而分层之后只需把变动的层替换掉即可。把各层之间的接口部分规划好之后，**每个层次内部的设计就能够自由改动**了。
 *  层次化之后，设计也变得相对简单了。**处于应用层上的应用可以只考虑分派给自己的任务**，而不需要弄清对方在地球上哪个地方、对方的传输路线是怎样的、是否能确保传输送达等问题。

**TCP/IP 协议族各层的作用如下：**

*  应用层：应用层决定了**向用户提供应用服务时通信**的活动。
 *  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**。
 *  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。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时，网络层所起的作用就是**在众多的选项内选择一条传输路线**。
 *  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。

## TCP/IP 通信传输流 ##

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利用 TCP/IP 协议族进行网络通信时，会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走，接收端则往应用层往上走。

我们用 HTTP 举例来说明，首先作为发送端的客户端在应用层（HTTP 协议）发出一个想看某个 Web 页面的 HTTP 请求。

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。

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。

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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）。

## HTTP 是不保存状态的协议 ##

HTTP 是一种不保存状态，即**无状态**（stateless）协议。HTTP 协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。也就是说在 HTTP这个级别，协议对于发送过的请求或响应都不做持久化处理。

使用 HTTP 协议，每当有新的请求发送时，就会有对应的新响应产生。协议本身并不保留之前一切的请求或响应报文的信息。这是为了**更快地处理大量事务，确保协议的可伸缩性**，而特意把 HTTP 协议设计成如此简单的。

**无状态带来的问题：**  
可是，随着 Web 的不断发展，因无状态而导致业务处理变得棘手的情况增多了。比如，用户登录到一家购物网站，即使他跳转到该站的其他页面后，也需要能继续保持登录状态。针对这个实例，网站为了能够掌握是谁送出的请求，需要保存用户的状态。

**HTTP/1.1怎么保持状态：**  
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，于是引入了 Cookie 技术。有了 Cookie 再用 HTTP 协议通信，就可以管理状态了。

## 持久连接节省通信量 ##

HTTP 协议的初始版本中，每进行一次 HTTP 通信就要断开一次 TCP连接。  
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以当年的通信情况来说，因为都是些容量很小的文本传输，所以即使这样也没有多大问题。可随着 HTTP 的普及，文档中包含大量图片的情况多了起来。

比如，**使用浏览器浏览一个包含多张图片的 HTML 页面时，在发送请求访问 HTML 页面资源的同时，也会请求该 HTML 页面里包含的其他资源**。因此，每次的请求都会造成无谓的 TCP 连接建立和断开，增加通信量的开销。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rhcmxpbmd3b29kMjAxMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

### 持久连接 ###

为解决上述 TCP 连接的问题，HTTP/1.1 和一部分的 HTTP/1.0 想出了持久连接（HTTP Persistent Connections，也称为 HTTP keep-alive 或 HTTP connection reuse）的方法。持久连接的特点是： **只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。**

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持久连接的好处在于：

*  **减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销，减轻了服务器端的负载**。
 *  另外，减少开销的那部分时间，**使HTTP 请求和响应能够更早地结束**，这样 **Web 页面的显示速度也就相应提高了**。

在 **HTTP/1.1** 中，所有的连接**默认都是持久连接**，但在 HTTP/1.0 内并未标准化。虽然有一部分服务器通过非标准的手段实现了持久连接，但服务器端不一定能够支持持久连接。毫无疑问，**除了服务器端，客户端也需要支持持久连接**。

### 管线化 ###

持久连接使得多数请求以管线化（pipelining）方式发送成为可能。

*  从前发送请求后需等待并收到响应，才能发送下一个请求。
 *  管线化技术出现后，**不用等待响应亦可直接发送下一个请求**。

这样就能够做到**同时并行发送多个请求**，而不需要一个接一个地等待响应了。  
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比如，当请求一个包含 10 张图片的 HTML Web 页面，与挨个连接相比，**用持久连接可以让请求更快结束**。而**管线化技术则比持久连接还要快**。请求数越多，时间差就越明显。

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