【计算机网络系列】HTTP、SMTP、POP3

青旅半醒 2023-01-05 12:55 9阅读 0赞

# HTTP #

格式

!["http协议请求报文格式"][http]

非持续连接和持续连接

*  非持续连接（HTTP 1.0）：每个请求/响应报文经一个单独的TCP连接发送
    
    ![image-20210105122237000][]
    
     *  响应1个对象：2RTT+文件传输时间
     *  非持久性连接的问题
        
         *  每个对象需要2个RTT
         *  操作系统需要为每个TCP连接开销资源(overhead)
 *  持续连接（HTTP 1.1）：所有请求/响应经相同的TCP连接发送
    
     *  保持TCP连接打开
        
         *  TCP连接经过一定时间没有使用，则关闭
     *  两种方式
        
         *  非流水线方式
         *  流水线方式（可以并行）

## 细节阐述 ##

Http 首部（大概是40多个，根据实际用途分为4中类型）

*  通用首部字段（General Header Fields） 请求和响应报文两方都会使用的首部字段。
    
     *  常见：date、Cache-Control、pragma（历史遗留字段，仅为 no-cache）、Transfer-Encoding（传输编码，如 chunk）
 *  请求首部字段（Reauest Header Fields）客户端向服务器发送请求的报文时使用的首部。补充了请求的附加内容、客户端信息、响应内容相关的优先等级信息。
    
     *  常见：Accept（媒体类型）、Accept\*（Encoding、Language、Charset）、If\*（Match、Modified-since、…）、Host（目标主机域名或IP，因为被 DNS 解析后没有域名了）、Rerfer（发起请求页面域名或IP，包含相对路径，即 “/” 后的）、Origin（发起请求的页面或IP，不包含相对path，用来判断跨域）、UserAgent、range
 *  响应首部字段（Response Header Fields）从服务器向客户端响应时使用的字段，补充响应的附加内容，也会要求客户端附加额外信息
    
     *  常见：Accept-Range、Location（重定向的url）、Server
 *  实体首部字段（Entiy Header Fields） 针对请求报文和响应报文的实体部分使用首部。补充了资源内容更新时间等实体有关的信息。
    
     *  常见：Content\*（Language、Encoding、Lenth、Type、Ranges…）

HTTP状态码

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>分类</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1**</td> 
   <td>信息，服务器收到请求，需要请求者继续执行操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2**</td> 
   <td>成功，操作被成功接收并处理</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3**</td> 
   <td>重定向，需要进一步的操作以完成请求</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4**</td> 
   <td>客户端错误，请求包含语法错误或无法完成请求</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>5**</td> 
   <td>服务器错误，服务器在处理请求的过程中发生了错误</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 版本对比 ##

HTTP协议

*  HTTP使用TCP而不是UDP的原因在于（打开）一个网页必须传送很多数据，而TCP协议提供传输控制，按顺序组织数据，和错误纠正。
 *  HTTP协议的**性能瓶颈及其优化技巧都是基于TCP协议本身的特性**。
    
     *  如TCP建立连接时三次握手有1.5个RTT（round-trip time）的延迟，并且 TCP 还有慢启动的特性，开始时的发送窗口也很小，所以应用层会选择不同策略的连接重用方案。
 *  HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

Http1.x

*  缺陷：**请求限制阻塞**，在同一时间，同一域名的请求有一定数量限制（连接数的限制和一个连接允许发送的请求数限制），超过限制数目的请求会被阻塞。会让每个连接的流水线经常出现断流，因为尤其一个 前端页面的文件，在初始化的时候会有许多请求（包括 png、js、css 还有其他静态资源或者 ajax 请求）。
    
     *  还有对请求大小没有限制，如果一个请求很耗时，那么这个请求就长时间得不到回复，那么浏览器没法发下一个请求，会加剧流水线断流。

*  http1.0
    
     *  缺陷：**连接无法复用**，延时和资源消耗
     *  解决方案：添加头信息——非标准的Connection字段`Connection: keep-alive`
 *  http1.1
    
     *  **持久连接**：引入了持久连接，即TCP连接默认不关闭，可以被多个请求复用
     *  **管道机制**：即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。
     *  **断点续传**：HTTP/1.0每次传送文件都是从文件头开始，即0字节处开始，使用 Range（请求头） & Content-Range（响应头）
     *  **新增请求方式**：PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT
     *  **其他请求头**：身份认证、状态管理和Cache缓存等机制相关的请求头和响应头。

HTTP/2.0

*  特点
    
     *  采用二进制格式而非文本格式；
     *  **完全多路复用，而非有序并阻塞的、只需一个连接即可实现并行**；
     *  使用报头压缩，降低开销
     *  服务器推送
 *  **二进制协议**
    
     *  HTTP/1.1 版的头信息肯定是文本（ASCII编码），数据体可以是文本，也可以是二进制。HTTP/2 则是一个彻底的二进制协议，头信息和数据体都是二进制，并且统称为”帧”：头信息帧和数据帧。
     *  二进制协议解析起来更高效、“线上”更紧凑，更重要的是错误更少。
 *  **完全多路复用**
    
     *  HTTP/2 的多路复用允许同时通过单一的 HTTP/2 连接发起多重的请求-响应消息。
     *  因此 HTTP/2 可以很容易的去实现多流并行而不用依赖建立多个 TCP 连接，HTTP/2 把 HTTP 协议通信的基本单位缩小为一个一个的帧，这些帧对应着逻辑流中的消息。并行地在同一个 TCP 连接上双向交换消息。
 *  **报头压缩**
    
     *  HTTP 协议是没有状态，导致每次请求都必须附上所有信息。所以，请求的很多头字段都是重复的，比如Cookie，一样的内容每次请求都必须附带，这会浪费很多带宽，也影响速度。
     *  对于相同的头部，不必再通过请求发送，只需发送一次；
        
         *  客户端和服务器同时维护一张头信息表，所有字段都会存入这个表，产生一个索引号，之后就不发送同样字段了，只需发送索引号。
     *  HTTP/2 对这一点做了优化，引入了头信息压缩机制；
        
         *  头信息使用gzip或compress压缩后再发送；
 *  服务器推送
    
     *  HTTP/2 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源；
     *  通过推送那些服务器任务客户端将会需要的内容到客户端的缓存中，避免往返的延迟

# SMTP、POP3 #

Email应用的构成组件

*  邮件客户端(user agent)
    
     *  读、写Email消息
     *  与服务器交互，收、发Email消息
     *  Outlook, Foxmail, Thunderbird
     *  Web客户端
 *  邮件服务器
    
     *  邮箱：存储发给该用户的Email
     *  消息队列(message queue)：存储等待发送的Email
 *  SMTP协议(Simple Mail Transfer Protocol)
    
     *  邮件服务器之间传递消息所使用的协议
     *  客户端：发送消息的服务器
     *  服务器：接收消息的服务器

Email消息的传输/交换协议：SMTP 协议

*  使用TCP进行email消息的可靠传输
    
     *  端口25
 *  传输过程的三个阶段
    
     *  握手
     *  消息的传输
     *  关闭
 *  SMTP以**命令—应答的方式**实现双方的通信
    
     *  14个命令：ASCII文本
     *  21种应答信息：状态代码和语句
 *  交互示例
    
     *  telnet servername 25
     *  服务器返回代码220
     *  输入以下命令与SMTP服务器交互：HELO、MAIL FROM、RCPT TO、DATA、 QUIT
    
    ![image-20210105135749880][]

Email 消息格式

*  RFC 822：文本消息格式标准
    
     *  头部行(header)：To、From、Subject
     *  消息体(body)：消息本身（只能是ASCII字符）
 *  MIME：多媒体邮件扩展 RFC 2045, 2056
    
     *  通过在邮件头部增加额外的行以声明MIME的内容类型
        
         *  增加了邮件主体的结构
         *  定义了传送非ASCII的编码规则
        
        ![image-20210105135911561][]
     *  增加5个新的邮件首部
        
         *  MIME-Version
         *  Content-Description
         *  Content-Id
         *  Content-Type：邮件主体的类型
         *  Content-Transfer-Encoding：邮件的编码方式，Base-64
    
    ![image-20210105134704874][]

SMTP一般不使用中间邮件服务器

*  发送方的邮件服务器与接收方邮件服务器直接建立TCP连接
 *  POP3： 采用TCP连接，端口110
    
     *  认证过程
        
         *  客户端命令
            
             *  User：声明用户名
             *  Pass: 声明密码
         *  服务器响应
            
             *  \+OK
             *  \-ERR
     *  事务阶段
        
         *  List：列出消息数量
         *  Retr：用编号获取消息
         *  Dele: 删除消息
         *  Quit
    
    ![image-20210105135723467][]

[http]: /images/20221119/df33d80fd96845c7b13b0a05f8477764.png
[image-20210105122237000]: /images/20221119/1d8782616af44ec0a45da175d1904ed2.png
[image-20210105135749880]: /images/20221119/aa4914e606f7476ab37b5c11f39bd7e6.png
[image-20210105135911561]: /images/20221119/5675fdf30f964426b08e0646f8295cb4.png
[image-20210105134704874]: /images/20221119/8dfab141f2eb41339105715f48ab08f7.png
[image-20210105135723467]: /images/20221119/26aa10b99b7f47fbab0673f11aa11cf9.png