深入理解 HTTP 协议

HTTP 协议(超文本传输协议HyperText Transfer Protocol)，它是基于TCP协议的应用层传输协议，简单来说就是客户端和服务端进行数据传输的一种规则。

注意：客户端与服务器的角色不是固定的，一端充当客户端，也可能在某次请求中充当服务器。这取决与请求的发起端。HTTP协议属于应用层，建立在传输层协议TCP之上。客户端通过与服务器建立TCP连接，之后发送HTTP请求与接收HTTP响应都是通过访问Socket接口来调用TCP协议实现。

HTTP 是一种 无状态 (stateless) 协议, HTTP 协议本身不会对发送过的请求和相应的通信状态进行持久化处理。这样做的目的是为了保持HTTP协议的简单性，从而能够快速处理大量的事务, 提高效率。

然而，在许多应用场景中，我们需要保持用户登录的状态或记录用户购物车中的商品。由于 HTTP 是无状态协议，所以必须引入一些技术来记录管理状态，例如 Cookie 。

正文

HTTP URL

HTTP URL 包含了用于查找某个资源的详细信息, 格式如下:

http://host[":"port][abs_path]
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HTTP请求

下图是在网上找的一张图，觉得能很好的表达HTTP请求的所发送的数据格式。

由上图可以看到，http请求由请求行，消息报头，请求正文三部分构成。

HTTP请求状态行

请求行由请求 Method , URL 字段和 HTTP Version 三部分构成, 总的来说请求行就是定义了本次请求的请求方式, 请求的地址, 以及所遵循的HTTP协议版本例如：

GET /example.html HTTP/1.1 (CRLF)
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HTTP协议的方法有：

• GET ： 请求 获取 Request-URI所标识的资源
• POST ： 在Request-URI所标识的资源后 增加 新的数据
• HEAD ： 请求获取由Request-URI所标识的资源的 响应消息报头
• PUT ： 请求服务器 存储或修改 一个资源，并用Request-URI作为其标识
• DELETE ： 请求服务器 删除 Request-URI所标识的资源
• TRACE ： 请求服务器回送收到的请求信息，主要用于 测试或诊断
• CONNECT ： 保留将来使用
• OPTIONS ： 请求查询服务器的性能，或者查询与资源相关的选项和需求

HTTP请求头

消息报头由一系列的键值对组成，允许客户端向服务器端发送一些附加信息或者客户端自身的信息，主要包括：

HTTP请求正文

只有在发送 POST 请求时才会有请求正文， GET 方法并没有请求正文。

HTTP请求报文

HTTP响应

与HTTP请求类似，先上一张图：

HTTP响应也由三部分组成，包括状态行，消息报头，响应正文。

HTTP响应状态行

状态行也由三部分组成，包括HTTP协议的版本，状态码，以及对状态码的文本描述。例如：

HTTP/1.1 200 OK （CRLF）
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HTTP响应状态码

状态代码有三位数字组成，第一个数字定义了响应的 类别 ，且有五种可能取值：

• 1xx ： 指示信息 - 表示请求已接收，继续处理
• 2xx ： 成功 - 表示请求已被成功接收、理解、接受
• 3xx ： 重定向 - 要完成请求必须进行更进一步的操作
• 4xx ： 客户端错误 - 请求有语法错误或请求无法实现
• 5xx ： 服务器端错误 - 服务器未能实现合法的请求

常见状态代码、状态描述、说明：

• 200 ： OK - 客户端请求成功
• 400 ： Bad Request - 客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解
• 401 ： Unauthorized - 请求未经授权，这个状态代码必须和 WWW-Authenticate 报头域一起使用
• 403 ： Forbidden - 服务器收到请求，但是拒绝提供服务
• 404 ： Not Found - 请求资源不存在，eg：输入了错误的URL
• 500 ： Internal Server Error - 服务器发生不可预期的错误
• 503 ： Server Unavailable - 服务器当前不能处理客户端的请求，一段时间后,可能恢复正常

HTTP响应状态码说明

HTTP响应报文

HTTP协议详解

HTTP的五大特点

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。请求方法常用的有 GET 、 HEAD 、 POST 。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于 HTTP 协议简单，使得 HTTP 服务器的程序规模小，因而通信速度很快。
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 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。早期这么做的原因是请求资源少，追求快。后来通过 Connection: Keep-Alive 实现长连接
5. 无状态 ： HTTP 协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

非持久连接和持久连接

在实际的应用中，客户端往往会发出一系列请求，接着服务器端对每个请求进行响应。对于这些请求|响应，如果每次都经过一个单独的TCP连接发送，称为 非持久连接 。反之，如果每次都经过相同的TCP连接进行发送，称为 持久连接 。

非持久连接在每次请求|响应之后都要断开连接，下次再建立新的TCP连接，这样就造成了大量的通信开销。例如前面提到的往返时间 (RTT) 就是在建立TCP连接的过程中的代价。

非持久连接给服务器带来了沉重的负担，每台服务器可能同时面对数以百计甚至更多的请求。持久连接就是为了解决这些问题，其特点是一直保持TCP连接状态，直到遇到明确的中断要求之后再中断连接。持久连接减少了通信开销，节省了通信量。

HTTP和HTTPS

HTTP的不足

• 通信使用明文(不加密),内容可能会被窃听
• 不验证通信方的身份,因此有可能遭遇伪装
• 无法证明报文的完整性,所以有可能已遭篡改

HTTPS介绍

HTTP 协议中没有加密机制,但可以通 过和 SSL (Secure Socket Layer, 安全套接层 )或 TLS (Transport Layer Security, 安全层传输协议 )的组合使用,加密 HTTP 的通信内容。属于通信加密，即在整个通信线路中加密。

HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护 = HTTPS（HTTP Secure ）
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HTTPS 采用 共享密钥加密 （对称）和 公开密钥加密 （非对称）两者并用的 混合 加密机制。若密钥能够实现安全交换,那么有可能会考虑仅使用公开密钥加密来通信。但是公开密钥加密与共享密钥加密相比,其处理速度要慢。

所以应充分利用两者各自的优势, 将多种方法组合起来用于通信。 在 交换密钥 阶段使用 公开密钥加密 方式,之后的建立通信 交换报文 阶段 则使用 共享密钥加密 方式。

HTTPS 握手过程的简单描述如下：

1. 浏览器将自己支持的一套加密规则发送给网站。

   服务器获得浏览器公钥
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2. 网站从中选出一组加密算法与HASH算法，并将自己的身份信息以证书的形式发回给浏览器。证书里面包含了网站地址，加密公钥，以及证书的颁发机构等信息。

   浏览器获得服务器公钥
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3. 获得网站证书之后浏览器要做以下工作：

   (a). 验证证书的合法性（颁发证书的机构是否合法，证书中包含的网站地址是否与正在访问的地址一致等），如果证书受信任，则浏览器栏里面会显示一个小锁头，否则会给出证书不受信的提示。

   (b). 如果证书受信任，或者是用户接受了不受信的证书，浏览器会生成一串随机数的密码（接下来通信的密钥），并用证书中提供的公钥加密（共享密钥加密）。

   (c) 使用约定好的HASH计算握手消息，并使用生成的随机数对消息进行加密，最后将之前生成的所有信息发送给网站。

   浏览器验证 -> 随机密码
     服务器的公钥加密 -> 通信的密钥
     通信的密钥 -> 服务器
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4. 网站接收浏览器发来的数据之后要做以下的操作：

   (a). 使用自己的私钥将信息解密取出密码，使用密码解密浏览器发来的握手消息，并验证HASH是否与浏览器发来的一致。

   (b). 使用密码加密一段握手消息，发送给浏览器。

   服务器用自己的私钥解出随机密码 -> 用密码解密握手消息（共享密钥通信）-> 验证HASH与浏览器是否一致（验证浏览器）
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