007.一篇文章带你详解 HTTP 协议

本篇文章篇幅比较长，先来个思维导图预览一下。

一张图带你看完本篇文章

一、概述

1.计算机网络体系结构分层

计算机网络体系结构分层

2.TCP/IP 通信传输流

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，接收端则从链路层往上走。如下：

TCP/IP 通信传输流

• 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。

如下图所示：

HTTP 请求

在网络体系结构中，包含了众多的网络协议，这篇文章主要围绕 HTTP 协议（HTTP/1.1版本）展开。

HTTP协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示(如文本先于图形)等。
HTTP是客户端浏览器或其他程序与Web服务器之间的应用层通信协议。在Internet上的Web服务器上存放的都是超文本信息，客户机需要通过HTTP协议传输所要访问的超文本信息。HTTP包含命令和传输信息，不仅可用于Web访问，也可以用于其他因特网/内联网应用系统之间的通信，从而实现各类应用资源超媒体访问的集成。
我们在浏览器的地址栏里输入的网站地址叫做URL (Uniform Resource Locator，统一资源定位符)。就像每家每户都有一个门牌地址一样，每个网页也都有一个Internet地址。当你在浏览器的地址框中输入一个URL或是单击一个超级链接时，URL就确定了要浏览的地址。浏览器通过超文本传输协议(HTTP)，将Web服务器上站点的网页代码提取出来，并翻译成漂亮的网页。

二、HTTP 工作过程

HTTP请求响应模型

HTTP通信机制是在一次完整的 HTTP 通信过程中，客户端与服务器之间将完成下列7个步骤：

1. 建立 TCP 连接
   在HTTP工作开始之前，客户端首先要通过网络与服务器建立连接，该连接是通过 TCP 来完成的，该协议与 IP 协议共同构建 Internet，即著名的 TCP/IP 协议族，因此 Internet 又被称作是 TCP/IP 网络。HTTP 是比 TCP 更高层次的应用层协议，根据规则，只有低层协议建立之后，才能进行高层协议的连接，因此，首先要建立 TCP 连接，一般 TCP 连接的端口号是80；

2. 客户端向服务器发送请求命令
   一旦建立了TCP连接，客户端就会向服务器发送请求命令；
   例如：GET/sample/hello.jsp HTTP/1.1

3. 客户端发送请求头信息
   客户端发送其请求命令之后，还要以头信息的形式向服务器发送一些别的信息，之后客户端发送了一空白行来通知服务器，它已经结束了该头信息的发送；

4. 服务器应答
   客户端向服务器发出请求后，服务器会客户端返回响应；
   例如： HTTP/1.1 200 OK
   响应的第一部分是协议的版本号和响应状态码

5. 服务器返回响应头信息
   正如客户端会随同请求发送关于自身的信息一样，服务器也会随同响应向用户发送关于它自己的数据及被请求的文档；

6. 服务器向客户端发送数据
   服务器向客户端发送头信息后，它会发送一个空白行来表示头信息的发送到此为结束，接着，它就以 Content-Type 响应头信息所描述的格式发送用户所请求的实际数据；

7. 服务器关闭 TCP 连接
   一般情况下，一旦服务器向客户端返回了请求数据，它就要关闭 TCP 连接，然后如果客户端或者服务器在其头信息加入了这行代码 Connection:keep-alive ，TCP 连接在发送后将仍然保持打开状态，于是，客户端可以继续通过相同的连接发送请求。保持连接节省了为每个请求建立新连接所需的时间，还节约了网络带宽。

三、HTTP 协议基础

1.通过请求和响应的交换达成通信

应用 HTTP 协议时，必定是一端担任客户端角色，另一端担任服务器端角色。仅从一条通信线路来说，服务器端和客服端的角色是确定的。HTTP 协议规定，请求从客户端发出，最后服务器端响应该请求并返回。换句话说，肯定是先从客户端开始建立通信的，服务器端在没有接收到请求之前不会发送响应。

2.HTTP 是不保存状态的协议

HTTP 是一种无状态协议。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。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。
可是随着 Web 的不断发展，我们的很多业务都需要对通信状态进行保存。于是我们引入了 Cookie 技术。有了 Cookie 再用 HTTP 协议通信，就可以管理状态了。

3.使用 Cookie 的状态管理

Cookie 技术通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。Cookie 会根据从服务器端发送的响应报文内的一个叫做 Set-Cookie 的首部字段信息，通知客户端保存Cookie。当下次客户端再往该服务器发送请求时，客户端会自动在请求报文中加入 Cookie 值后发送出去。服务器端发现客户端发送过来的 Cookie 后，会去检查究竟是从哪一个客户端发来的连接请求，然后对比服务器上的记录，最后得到之前的状态信息。

Cookie 的流程

4.请求 URI 定位资源

HTTP 协议使用 URI 定位互联网上的资源。正是因为 URI 的特定功能，在互联网上任意位置的资源都能访问到。

5.告知服务器意图的 HTTP 方法（HTTP/1.1）

HTTP 方法

6.持久连接

HTTP 协议的初始版本中，每进行一个 HTTP 通信都要断开一次 TCP 连接。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畏的 TCP 连接建立和断开，增加通信量的开销。
为了解决上述 TCP 连接的问题，HTTP/1.1 和部分 HTTP/1.0 想出了持久连接的方法。其特点是，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。旨在建立一次 TCP 连接后进行多次请求和响应的交互。在 HTTP/1.1 中，所有的连接默认都是持久连接。

7.管线化

持久连接使得多数请求以管线化方式发送成为可能。以前发送请求后需等待并接收到响应，才能发送下一个请求。管线化技术出现后，不用等待亦可发送下一个请求。这样就能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。
比如，当请求一个包含多张图片的 HTML 页面时，与挨个连接相比，用持久连接可以让请求更快结束。而管线化技术要比持久连接速度更快。请求数越多，时间差就越明显。

作者：胡飞的学习笔记
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