Http Protocol
HTTP Introduction
HTTP（Hypertext Transfer Protocol）即超文本传输协议，是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。它是互联网上应用最广泛的一种网络协议，主要用于从万维网服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。HTTP 允许传输任意类型的数据对象，但主要设计目的是向用户提供一种发布和接收 HTML 文档的能力。
HTTP 协议的特点
- 无状态（Stateless）： HTTP 协议是无状态的，这意味着协议对于事务处理没有记忆能力。服务器完成对客户端的请求处理后，不会保留任何关于此次请求的数据。这意味着每个请求都是独立的，与之前的请求没有关联，简化了服务器的设计，提高了服务器的性能。
- 无连接（Connectionless）： HTTP 协议本质上是无连接的，即每个请求都是独立的，服务器处理完请求后就会断开连接。然而，从 HTTP/1.1 开始，引入了持久连接（Persistent Connection）的概念，允许客户端和服务器在一次连接中发送多个请求和响应，从而减少了建立和断开连接的开销，提高了效率。
- 支持客户/服务器模式： HTTP 协议基于客户/服务器模型，客户端（如 Web 浏览器）向服务器发送请求，服务器响应请求并返回数据。
- 基于请求/响应模型： 所有的通信都是基于客户端发起的请求，服务器对请求进行响应。请求可以携带数据（如表单提交），响应则包含状态码和可能的数据。
- 标准端口： HTTP 协议默认使用 TCP 端口 80 进行通信，HTTPS（安全的 HTTP）使用端口 443。
HTTP 请求与响应
- 请求：HTTP 请求由客户端发起，包含请求行、请求头部和可能的消息体。请求行包括请求方法（GET、POST、PUT、DELETE 等）、资源 URI 和使用的 HTTP 版本。
- 响应：服务器对请求作出响应，响应包括状态行、响应头部和可能的消息体。状态行包含 HTTP 版本、状态码和状态消息，状态码用于表示请求的结果。
HTTP Message
HTTP Request Message
HTTP 请求报文主要由三部分组成：请求行 (Request-Line), 请求头 (Request Headers), 以及可选的请求正文 (Request Body).
Request-Line
请求行由三个部分组成：
请求行由三个部分组成，分别是：
- Method: 指明了客户端希望对资源执行的操作，如
GET,POST,PUT,DELETE,HEAD,OPTIONS等。 - Request-Target: 该字段指示了请求的具体目标资源，可以是绝对路径或相对路径，也可以是完整的 URI。
- HTTP-Version: 指明了客户端使用的 HTTP 协议版本，例如
HTTP/1.1或HTTP/2。
1 | GET /index.html HTTP/1.1 |
Request Headers
请求头包含了客户端和请求的附加信息，这些信息可以帮助服务器更好地处理请求。请求头由一个或多个字段组成，每个字段都包含一个名称和一个值，两者之间由 :分隔。常见的请求头包括：
Many different headers can appear in requests. They can be divided in several groups:
- General headers, like Via, apply to the message as a whole.
- Request headers, like User-Agent or Accept, modify the request by specifying it further (like Accept-Language), by giving context (like Referer), or by conditionally restricting it (like If-None-Match).
- Representation headers like Content-Type that describe the original format of the message data and any encoding applied (only present if the message has a body).
Request Body
请求正文中包含实际要发送的数据，常用于 POST, PUT, 或 PATCH 方法。
HTTP Response Message
HTTP 响应报文同样分为三个部分：状态行 (Status-Line), 响应头 (Response Headers), 和可选的响应正文 (Response Body).
Status-Line
状态行由以下部分组成：
- HTTP 版本 (HTTP-Version)
- 状态码 (Status Code): 如
200,404,500. - 状态消息 (Reason Phrase): 对状态码的描述。
示例:
1 | HTTP/1.1 200 OK |
HTTP Status Code
1xx （信息性状态码）：表示服务器已经接收到请求，正在处理。
- 100 Continue: 服务器已收到请求的初始部分，客户端应继续发送其余部分。
- 101 Switching Protocols: 服务器已经理解客户端的请求，并将切换到更适合的协议进行通信。
2xx （成功状态码）：表示请求已成功处理。
- 200 OK: 请求成功，返回所请求的内容。
- 201 Created: 请求成功，并在服务器上创建了一个新的资源。
- 202 Accepted: 请求已被接受，但尚未处理完成。
- 204 No Content: 请求成功，但服务器没有返回任何内容。
3xx （重定向状态码）：表示需要进一步操作以完成请求。
- 301 Moved Permanently: 被请求的资源已永久移动到新位置，并且将来的请求应使用新的 URL。
- 302 Found: 被请求的资源暂时移动到了新位置。
- 304 Not Modified: 资源未被修改，可以直接使用缓存的版本。
4xx （客户端错误状态码）：表示客户端发送了错误的请求。
- 400 Bad Request: 客户端发送的请求语法错误。
- 401 Unauthorized: 请求需要身份验证。
- 403 Forbidden: 服务器拒绝了请求，客户端没有权限访问请求的资源。
- 404 Not Found: 请求的资源在服务器上未找到。
5xx （服务器错误状态码）：表示服务器在处理请求时发生了错误。
- 500 Internal Server Error: 服务器在执行请求时遇到了未知的错误。
- 502 Bad Gateway: 作为代理或网关的服务器收到无效的响应。
- 503 Service Unavailable: 服务器暂时无法处理请求，通常是由于过载或维护。
Response Headers
响应头提供了关于响应的附加信息
These can be divided into several groups:
- General headers, like Via, apply to the whole message.
- Response headers, like Vary and Accept-Ranges, give additional information about the server which doesn’t fit in the status line.
- Representation headers like Content-Type that describe the original format of the message data and any encoding applied (only present if the message has a body).
响应正文 (Response Body)
响应正文中包含了服务器响应的数据。
Version Comparison
- HTTP/1.0:
- 不支持持久连接 (Persistent Connection).
- 每个请求都需要单独建立和关闭连接.
- HTTP/1.1:
- 默认启用持久连接.
- 引入了管道化机制 (Pipelining), 允许在同一个连接上连续发送多个请求
- 不支持多路复用，没有头部压缩.
- HTTP/2:
- 使用二进制格式，比文本格式更高效.
- 支持多路复用 (Multiplexing), 在单个连接上可以同时处理多个请求和响应.
- HTTP/2 中的头部压缩是一个关键特性，它使用了一种名为 HPACK 的算法来减少头部信息的大小，从而降低网络传输的开销，提高传输效率。在 HTTP/1.x 中，头部是以纯文本形式发送的，即使是重复的头部信息也会在每个请求中完整地传输，这会导致不必要的带宽消耗。
- HTTP/3：
- 基于 QUIC（Quick UDP Internet Connections）协议，旨在解决 HTTP/2 的一些局限性，特别是提高网络性能和减少延迟。
- QUIC 协议在 UDP 之上实现了类似于 TCP 的可靠性，同时提供了更快的连接建立时间和更好的拥塞控制算法
HPACK
HTTP/2 中的头部压缩是一个关键特性，它使用了一种名为 HPACK 的算法来减少头部信息的大小，从而降低网络传输的开销，提高传输效率。在 HTTP/1.x 中，头部是以纯文本形式发送的，即使是重复的头部信息也会在每个请求中完整地传输，这会导致不必要的带宽消耗。
HPACK 算法的工作原理
HPACK 是一种高效的头部压缩算法，它利用了两个主要概念：动态表和静态表。
- 静态表 (Static Table): 这是一个预定义的、不可修改的表，包含了最常见的头部字段和它们的典型值。例如，User-Agent 字段经常会包含一些常见的浏览器标识，这些都被预先存储在静态表中。
- 动态表 (Dynamic Table): 这是一个可变的表，用于存储最近遇到的头部字段及其值。每当一个头部字段被压缩并发送后，它会被添加到动态表中，以便后续的请求可以引用它。
压缩过程
- 编码:
当发送方（客户端或服务器）准备压缩头部时，它会查看头部字段是否存在于静态表或动态表中。
如果存在，它会使用一个索引值来代替完整的头部信息。
如果不存在，发送方会将完整的头部信息编码，并将其添加到动态表中。 - 传输:
压缩后的头部信息（索引或编码后的值）被发送给接收方。
传输数据量显著减少，尤其是在头部信息重复的情况下。 - 解码:
接收方收到压缩的头部信息后，会使用它自己的静态表和动态表来查找完整的头部信息。
解码过程是基于索引查找的逆过程，将索引转换回原始的头部字段和值。
优势
- 减少带宽使用: 重复的头部信息不再需要每次都完整传输，降低了数据传输量。
- 提高传输效率: 减少了网络延迟，尤其是在高延迟的网络环境中，如移动网络。
Ref
[[Ch6-1ApplicationLayer#The Web and HTTP]]
HTTP Messages
RFC7541