HTTP详解

来自:裸睡的猪(微信号:IT--Pig),作者:猪哥


爬虫又称网络爬虫,所以在讲解爬虫之前,我们有必要了解一下什么是网络?网络是由若干节点和连接这些节点的链路构成,然后网络与网络之间所串连成的庞大网络叫做互联网,而我们今天要讲的HTTP(HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议,它是由万维网协会(World Wide Web Consortium)制定发布。

文章主要以一次HTTP请求的整个过程来讲解(DNS解析不讲):HTTP起源、TCP/IP协议、建立TCP连接、客户端请求、服务端响应、断开TCP连接,文章最后还捎带讲了与HTTP相关知识。文章较长,建议收藏或转发后阅读!(共计五千字,阅读完大概需要20分钟)

一、简介

1.起源

今天我们能够在网络中畅游,都得益于一位计算机科学家蒂姆·伯纳斯·李的构想。1991年8月6日,蒂姆·伯纳斯·李在位于欧洲粒子物理研究所(CERN)的NeXT计算机上,正式公开运行世界上第一个Web网站(http://info.cern.ch ),建立起基本的互联网基础概念和技术体系,由此开启了网络信息时代的序幕。


伯纳斯·李的提案包含了网络的基本概念并逐步建立了所有必要的工具:

  1. 提出HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 超文本传输协议,允许用户通过单击超链接访问资源;

  2. 提出使用HTML超文本标记语言(Hypertext Markup Language)作为创建网页的标准;

  3. 创建了统一资源定位器URL (Uniform Resource Locator)作为网站地址系统,就是沿用至今的http://www URL格式;

  4. 创建第一个Web浏览器,称为万维网浏览器,这也是一个Web编辑器;

  5. 创建第一个Web服务器(http://info.cern.ch)以及描述项目本身的第一个Web页面。

2.特点

HTTP 协议一共有五大特点:

  1. 支持客户/服务器模式。

  2. 简单快速:

    客户向服务器请求服务时,只需传送请求方法和路径。

  3. 灵活:

    HTTP允许传输任意类型的数据对象。

    正在传输的类型由Content-Type(Content-Type是HTTP包中用来表示内容类型的标识)加以标记。

  4. 无连接:

    无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。

    服务器处理完客户的请求,并收到客户的应答后,即断开连接。

    采用这种方式可以节省传输时间。

  5. 无状态:

    无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力,服务器不知道客户端是什么状态。

    即我们给服务器发送 HTTP 请求之后,服务器根据请求,会给我们发送数据过来,但是,发送完,不会记录任何信息(Cookie和Session孕育而生,后期再讲)。

二、TCP/IP协议

我们经常听到一句话就是:HTTP是一个基于TCP/IP协议簇来传递数据

如何理解上面那句话?我们来看看TCP/IP四层模型就明白了。


从上图我们可以清晰的看到HTTP使用的传输层协议为TCP协议,而网络层使用的是IP协议(当然还使用了很多其他协议),所以说HTTP是一个基于TCP/IP协议簇来传递数据

同样我们可以看到ping走的ICMP协议,这也就是为什么有时候我们开vps可以上网,但是ping google却ping不通的原因,因为走的是不同的协议。

那TCP/IP协议簇大致是如何工作的,我们再来看看下图:


我们可以看到在数据发送端是一层一层封装数据,数据接收端一层一层拆封,最后应用层获得数据。

三、建立TCP连接

我们知道了TCP/IP协议簇大致的工作原理之后,我们来看看HTTP是如何建立连接的。

1.TCP包头信息

前面咱们讲过HTTP是一个基于TCP/IP协议簇来传递数据,所以这HTTP建立连接也就是建立TCP连接,TCP如何建立连接,一起来看看TCP包信息结构吧。


TCP报文包=TCP头信息+TCP数据体
,而在TCP头信息中包含了6种控制位(上图红色框中),这六种标志位就代表着TCP连接的状态:

  1. URG:

    紧急数据(urgent data)—-这是一条紧急信息

  2. ACK:

    确认已收到

  3. PSH:

    提示接收端应用程序应该立即从tcp接收缓冲区中读走数据

  4. RST:

    表示要求对方重新建立连接

  5. SYN:

    表示请求建立一个连接

  6. FIN:

    表示通知对方本端要关闭连接了

2.建立连接过程

了解了TCP包头信息之后,我们就可以正式看看TCP建立连接的三次握手了。


三次握手讲解:

  1. 客户端发送位码为syn=1,随机产生seq number=1234567的数据包到服务器,服务器由SYN=1知道客户端要求建立联机(客户端:

    我要连接你)

  2. 服务器收到请求后要确认联机信息,向A发送ack number=(客户端的seq+1),syn=1,ack=1,随机产生seq=7654321的包(服务器:

    好的,你来连吧)

  3. 客户端收到后检查ack number是否正确,即第一次发送的seq number+1,以及位码ack是否为1,若正确,客户端会再发送ack number=(服务器的seq+1),ack=1,服务器收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。

    (客户端:

    好的,我来了)

面试官:为什么http建立连接需要三次握手,不是两次或四次
答:三次是最少的安全次数,两次不安全,四次浪费资源

四、客户端请求

客户端与服务器连接上了之后,客户端就可以开始向服务器请求资源,就可以开始发送HTTP请求了。

1.HTTP请求报文结构

我们之前说过TCP报文包=TCP头信息+TCP数据体,TCP头信息我们已经讲了,现在来讲TCP数据体,也就是我们的HTTP请求报文

2.HTTP请求实例

来看看实际的HTTP请求例子:

  1. ①是请求方法,HTTP/1.1 定义的请求方法有8种:

    GET、POST、PUT、DELETE、PATCH、HEAD、OPTIONS、TRACE,最常的两种GET和POST,如果是RESTful接口的话一般会用到GET、POST、DELETE、PUT

  2. ②为请求对应的URL地址,它和报文头的Host属性组成完整的请求URL

  3. ③是协议名称及版本号

  4. ④是HTTP的报文头,报文头包含若干个属性,格式为“属性名:属性值”,服务端据此获取客户端的信息

  5. ⑤是报文体,它将一个页面表单中的组件值通过param1=value1&param2=value2的键值对形式编码成一个格式化串,它承载多个请求参数的数据。

    不但报文体可以传递请求参数,请求URL也可以通过类似于“/chapter15/user.html? param1=value1&param2=value2”的方式传递请求参数。

请求头参数非常多,猪哥就不一一说明,只说明两个低级的反扒参数:

  1. User-Agent:

    客户端使用的操作系统和浏览器的名称和版本,有些网站会限制请求浏览器

  2. Referer:

    先前网页的地址,表示此请求来自哪里,有些网站会限制请求来源

五、服务端响应

服务器在收到客户端请求处理完需要响应并返回给客户端,而HTTP响应报文结构与请求结构体一致。

1.HTTP响应报文结构

2.HTTP响应实例

3.响应状态码

响应报文中我们重点关注下:服务器的响应状态码,面试也很容易问到,下面猪哥只列出分类,详细状态码自行上网查找了解。

六、断开连接

在服务器响应完毕后,一次会话就结束了,请问这时候连接会断开吗?

1.长短连接

是否断开我们需要区分HTTP版本:

  • 在HTTP/1.0版本的时候,客户端与服务器完成一个请求/响应之后,会将之前建立的TCP连接断开,下次请求的时候又要重新建立TCP连接,这也被称为短连接

  • 在HTTP1.0发布仅半年后(1997年1月) ,HTTP/1.1版本发布并带来一个新的功能:

    在客户端与服务器完成一次请求/响应之后,允许不断开TCP连接,这意味着下次请求就直接使用这个TCP连接而不再需要重新握手建立新连接,这也被称为长连接

注意:长连接是指一次TCP连接允许多次HTTP会话,HTTP永远都是一次请求/响应,会话结束,HTTP本身不存在长连接之说。

早在1999年HTTP1.1就推广普及,所以现在浏览器在请求时请求头中都会携带一个参数:Connection:keep-alive,这表示浏览器要求与服务器建立长连接,而服务器也可以设置是否愿意建立长连接。

2.长连接优缺点

对于服务器来说建立长连接有优点也有缺点:

  • 优点:

    当网站中有大量静态资源(图片、css、js等)就可以开启长连接,这也几张图片就可以通过一次TCP连接发送。

  • 缺点:

    当客户端请求一次时候不在请求,而服务器却开着长连接资源被占用着,这是严重浪费资源。

所以是否开启长连接,长连接时间都需要根据网站自身来合理设置。

ps:大家不要小看这一个TCP连接,在一次客户端HTTP完整的请求中(DNS寻址、建立TCP连接、请求、等待、解析网页、断开TCP连接)建立TCP连接占用的时间比还是很大的。

3.断开连接过程

在建立TCP连接时是三次握手,而断开TCP连接是四次挥手!


在前面讲TCP/IP协议时我们说过标志位:FIN表示通知对方本端要关闭连接了那断开连接为何需要四次挥手呢?这里给大家的课后作业,可以在留言中给出你的理解,看看是否正确。

七、题外话

1.面试必考题:http三次握手、四次挥手

面试官:为何建立连接需要三次握手而关闭连接却需要四次挥手。给大家的课后作业,在留言中给出你的见解!

2.http2.0


HTTP/1.1已经为我们服务了20年,而HTTP/2.0其实在2015就发布了,但是还没有推广开来,关于HTTP/2.0新特性大家也可以去网上查阅相关资料

3.http&rpc

因为http响应慢请求头体积大等缺点,所以在微服务时代,大家都使用rpc来调用服务,rpc相关概念感兴趣同学自行网上学习。

4.http&https

http还有两个很大的缺点就是明文不能保证完整性,所以目前会渐渐被HTTPS代替,HTTPS知识猪哥下期将会为大家讲解。

【完】

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