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理解HTTP1，2，3

作者：互联网

http 1.0与1.1的区别

  1. 长连接(Persistent Connection)

    http1.0规定浏览器与服务器之保持短暂的连接，浏览器每次请求都与服务器建立一个新的连接，浏览器接收到服务器的响应后，立即断开TCP连接，每次建立和关闭来连接是一个相对比较费时的过程，会严重影响浏览器和服务器的性能。

    http1.1支持了长连接和请求的流水线来处理，在一个TCP连接上可以传送多个http请求和响应，减少了建立和关闭连接的消耗和延迟，在http1.1当中默认开启长连接keep-alive(在请求头和响应头中会有connection: keep-alive字段)，一定程度上弥补了HTTP1.0每次请求都要创建连接的缺点。HTTP1.0需要使用keep-alive参数来告知服务器端要建立一个长连接。

  2. 节约带宽

    HTTP1.0中存在一些浪费带宽的现象，例如客户端只是需要某个对象的一部分，而服务器却将整个对象送过来了，并且不支持断点续传功能。HTTP1.1支持只发送header信息（不带任何body信息），如果服务器认为客户端有权限请求服务器，则返回100，客户端接收到100才开始把请求body发送到服务器；如果返回401，客户端就可以不用发送请求body了节约了带宽。

  3. 缓存处理

    在HTTP1.0中主要使用header里的If-Modified-Since,Expires来做为缓存判断的标准，HTTP1.1则引入了更多的缓存控制策略例如Entity tag，If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match等更多可供选择的缓存头来控制缓存策略。

  4. HOST域

    在HTTP1.0中认为每台服务器都绑定一个唯一的IP地址，因此，请求消息中的URL并没有传递主机名（hostname），HTTP1.0没有host域。随着虚拟主机技术的发展，在一台物理服务器上可以存在多个虚拟主机（Multi-homed Web Servers），并且它们共享一个IP地址。HTTP1.1的请求消息和响应消息都支持host域，且请求消息中如果没有host域会报告一个错误（400 Bad Request）。

  5. 错误通知的管理

    在HTTP1.1中新增了24个错误状态响应码，如409（Conflict）表示请求的资源与资源的当前状态发生冲突；410（Gone）表示服务器上的某个资源被永久性的删除。

HTTP 1.1的缺陷

  1. 高延迟–队头阻塞(Head-Of-Line Blocking)

    虽然近几年来网络带宽增长非常快，然而我们却并没有看到网络延迟有对应程度的降低。网络延迟问题主要由于队头阻塞(Head-Of-Line Blocking),导致带宽无法被充分利用。

    队头阻塞是指当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一并被阻塞，会导致客户端迟迟收不到数据。

    解决办法：

    • 将同一页面的资源分散到不同域名下，提升连接上限。虽然能公用一个 TCP 管道，但是在一个管道中同一时刻只能处理一个请求，在当前的请求没有结束之前，其他的请求只能处于阻塞状态。
    • 减少请求数量
    • 内联一些资源：css，base64图片等
    • 合并小文件减少资源数量

  2. 无状态特性–阻碍交互

    由于报文Header一般会携带"User Agent"“Cookie”“Accept”"Server"等许多固定的头字段（如下图），多达几百字节甚至上千字节，但Body却经常只有几十字节（比如GET请求、204/301/304响应），成了不折不扣的“大头儿子”。Header里携带的内容过大，在一定程度上增加了传输的成本。更要命的是，成千上万的请求响应报文里有很多字段值都是重复的，非常浪费。
    在这里插入图片描述

    而且纯净的 HTTP 是没有 cookie 等机制的，每一个连接都是一个新的连接。上一次请求验证了用户名密码，而下一次请求服务器并不知道它与上一条请求有何关联，换句话说就是掉登录态。

  3. 不安全性 --明文传输

    HTTP/1.1在传输数据时，所有传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份，这在一定程度上无法保证数据的安全性。

SPDY协议

SPDY 是由 google 推行的改进版本的 HTTP1.1 （那时候还没有 HTTP2）。

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特性：

  1. 多路复用 ——解决头部阻塞
  2. 头部压缩——解决巨大的HTTP头部
  3. 请求优先级——先获取重要数据
  4. 服务端推送——填补空缺
  5. 提高安全性

HTTP2

HTTP2新特性

  1. 二进制传输

    HTTP/2 采用二进制格式传输数据，而非HTTP/1.x 里纯文本形式的报文 ，二进制协议解析起来更高效。HTTP/2 将请求和响应数据分割为更小的帧，并且它们采用二进制编码。

    它把TCP协议的部分特性挪到了应用层，把原来的"Header+Body"的消息"打散"为数个小片的二进制"帧"(Frame),用"HEADERS"帧存放头数据、“DATA"帧存放实体数据。HTTP/2数据分帧后"Header+Body"的报文结构就完全消失了，协议看到的只是一个个的"碎片”。
    在这里插入图片描述

    HTTP/2 中，同域名下所有通信都在单个连接上完成，该连接可以承载任意数量的双向数据流。每个数据流都以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成。多个帧之间可以乱序发送，根据帧首部的流标识可以重新组装。

  2. 头部压缩

    HTTP/2并没有使用传统的压缩算法，而是开发了专门的"HPACK”算法，在客户端和服务器两端建立“字典”，用索引号表示重复的字符串，还采用哈夫曼编码来压缩整数和字符串，可以达到50%~90%的高压缩率。

    具体来说:

    • 在客户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储之前发送的键-值对，对于相同的数据，不再通过每次请求和响应发送；

    • 首部表在HTTP/2的连接存续期内始终存在，由客户端和服务器共同渐进地更新;

    • 每个新的首部键-值对要么被追加到当前表的末尾，要么替换表中之前的值

    例如下图中的两个请求， 请求一发送了所有的头部字段，第二个请求则只需要发送差异数据，这样可以减少冗余数据，降低开销

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  3. 多路复用

    在 HTTP/2 中引入了多路复用的技术。多路复用很好的解决了浏览器限制同一个域名下的请求数量的问题，同时也接更容易实现全速传输，毕竟新开一个 TCP 连接都需要慢慢提升传输速度。

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如下图所示，多路复用的技术可以只通过一个 TCP 连接就可以传输所有的请求数据。

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  1. 服务端推送

    服务端推送（Server Push），可以让服务端主动把资源文件推送给客户端。当然客户端也有权利选择是否接收。

  2. 提高安全性

    出于兼容的考虑，HTTP/2延续了HTTP/1的“明文”特点，可以像以前一样使用明文传输数据，不强制使用加密通信，不过格式还是二进制，只是不需要解密。

    但由于HTTPS已经是大势所趋，而且主流的浏览器Chrome、Firefox等都公开宣布只支持加密的HTTP/2，所以“事实上”的HTTP/2是加密的。也就是说，互联网上通常所能见到的HTTP/2都是使用"https”协议名，跑在TLS上面。HTTP/2协议定义了两个字符串标识符：“h2"表示加密的HTTP/2，“h2c”表示明文的HTTP/2。

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    HTTP2的缺陷

    1. TCP的队头阻塞并没有彻底解决

    2. 多路复用导致服务器压力上升

    3. 多路复用容易Timeout

    4. TCP以及TCP+TLS建立连接的延时

    对头阻塞没有彻底解决

    TCP 为了保证可靠传输，有一个“超时重传”机制，丢失的包必须等待重传确认。HTTP2 出现丢包时，整个 TCP 都要等待重传，那么就会阻塞该 TCP 连接中的所有请求。

    在这里插入图片描述

    RTO：英文全称是 Retransmission TimeOut，即重传超时时间； RTO 是一个动态值，会根据网络的改变而改变。RTO 是根据给定连接的往返时间 RTT 计算出来的。 接收方返回的 ack 是希望收到的下一组包的序列号。

    多路复用导致服务器压力上升

    多路复用没有限制同时请求数。请求的平均数量与往常相同，但实际会有许多请求的短暂爆发，导致瞬时 QPS 暴增。

    多路复用容易Timeout

    大批量的请求同时发送，由于 HTTP2 连接内存在多个并行的流，而网络带宽和服务器资源有限，每个流的资源会被稀释，虽然它们开始时间相差更短，但却都可能超时。

    即使是使用 Nginx 这样的负载均衡器，想正确进行节流也可能很棘手。 其次，就算你向应用程序引入或调整排队机制，但一次能处理的连接也是有限的。如果对请求进行排队，还要注意在响应超时后丢弃请求，以避免浪费不必要的资源。

    TCP以及TCP+TLS建立连接的延时

    TCP 连接需要和服务器进行三次握手，即消耗完 1.5 个 RTT 之后才能进行数据传输。

    TLS 连接有两个版本—— TLS1.2 和 TLS1.3，每个版本建立连接所花的时间不同，大致需要 1~2 个 RTT。

    HTTP3

    Google 在推SPDY的时候就已经意识到了这些问题，于是就另起炉灶搞了一个基于 UDP 协议的“QUIC”协议，让HTTP跑在QUIC上而不是TCP上。而这个“HTTP over QUIC”就是HTTP协议的下一个大版本，HTTP/3。它在HTTP/2的基础上又实现了质的飞跃，真正“完美”地解决了“队头阻塞”问题。

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    参考资料

    http1 http2 http3 的区别

    一文读懂 HTTP/1HTTP/2HTTP/3

    HTTP/3 原理实战

标签：HTTP,请求,TCP,理解,HTTP1,服务器,连接,客户端
来源： https://blog.csdn.net/qq_43717065/article/details/118457980