HTTP协议揭秘：探寻互联网的背后密码、探秘数据传输的奥秘

电玩女神 2023-10-14 09:17 55阅读 0赞

HTTP（超文本传输协议：Hypertext Transfer Protocol）是一种用于在Web上传输数据的协议，它是互联网上最重要的应用层协议之一。从诞生至今，HTTP一直扮演着连接世界的通信桥梁的角色，在互联网的发展和普及中发挥着重要作用。本文将带您深入了解HTTP协议的起源、工作原理、常见特点以及它对现代Web的影响。

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# 一、起源与发展 #

HTTP协议最早由蒂姆·伯纳斯-李（Tim Berners-Lee）在1989年创建，作为连接万维网（World Wide Web）上文档的一种通信协议。起初，HTTP的目标是在客户端和服务器之间传输超文本文档（HTML）和超链接（Hyperlink）。随着互联网的蓬勃发展，HTTP也在不断演进和完善。

在1991年，HTTP的第一个正式版本HTTP/0.9问世，其功能非常简单，只能传输纯文本的HTML文档。而后，在1996年，HTTP/1.0发布，引入了更多功能，支持传输多种格式的资源，如图片、样式表和脚本文件。然而，随着Web应用和互联网的规模不断扩大，HTTP/1.0的性能表现出现了瓶颈。为了解决HTTP/1.0的性能问题HTTP/1.1在1997年发布，引入了持久连接、管道化请求、Host头字段等特性，显著提升了网页加载速度和用户体验。

时至今日，HTTP协议持续发展，最新的版本是HTTP/2（2015年发布）和HTTP/3（2022年发布），它们进一步优化了性能、安全性和并行处理能力，逐渐成为主流的HTTP协议版本。

# 二、工作原理 #

HTTP是一种无状态的协议，每个请求都是独立的，服务器不保留与之前请求的状态信息。HTTP使用客户端-服务器模式，客户端发送请求，服务器处理请求并返回响应。

HTTP通信过程遵循以下步骤：

1.  建立连接： 客户端（通常是Web浏览器）向服务器发起TCP连接，并建立起双向通信通道。
2.  发送请求： 客户端发送HTTP请求到服务器，请求包含请求行（请求方法、URL和HTTP版本）、请求头和请求体（对于POST等有内容的请求）。
3.  处理请求： 服务器接收并解析请求，根据请求的内容执行相应的操作，可能包括读取数据库、处理业务逻辑等。
4.  发送响应： 服务器将处理结果封装为HTTP响应，响应包含响应行（状态码、状态文本和HTTP版本）、响应头和响应体。
5.  关闭连接： 服务器发送完响应后，关闭TCP连接，请求-响应过程完成。

# 三、特点与影响 #

HTTP协议具有以下特点，这些特点对现代Web应用和互联网产生了深远的影响：

1.  无连接和无状态： HTTP是无连接的，每个请求和响应都是独立的。它也是无状态的，服务器不保存客户端的状态信息，每次请求都是无关的，这有利于实现可伸缩性和灵活性。
2.  灵活性： HTTP的灵活性使得它可以传输各种类型的资源，如文本、图片、视频等，使Web应用呈现丰富多样的内容。
3.  基于请求-响应模型： HTTP的请求-响应模型使得客户端可以向服务器请求数据或操作，并获取服务器的响应。这种模型促进了客户端与服务器之间的交互和通信。
4.  分层架构： HTTP的分层架构允许通过代理服务器和缓存来优化网络传输，提高性能和响应速度。
5.  状态码： HTTP的状态码提供了对请求处理结果的说明，例如200表示成功，404表示未找到，500表示服务器错误等。这些状态码对于诊断和调试Web应用非常有用。

# 四、协议组成 #

HTTP协议是一种规范，其样本通常以请求和响应的形式呈现。下面是HTTP协议的一个样本，分别展示了HTTP请求和HTTP响应的格式。

HTTP请求样本：

vbnet复制代码GET /hanko HTTP/1.1
    Host: www.hanko.com
    User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/93.0.4577.63 Safari/537.36
    Accept: text/html,application/xhtml+xml
    Accept-Language: en-US,en;q=0.5
    Connection: keep-alive

*  第一行是请求行，包含请求方法（GET）、请求的资源路径（/hanko）和HTTP协议版本（HTTP/1.1）。
 *  接下来是请求头，包含了请求的一些附加信息，如Host（请求的目标主机）、User-Agent（客户端的浏览器信息）、Accept（客户端接受的响应内容类型）等。

> 当年阿里面试问到了http头connection为keep-alive是什么意思？  
> 当HTTP请求头中的Connection字段设置为keep-alive时，它表示客户端希望与服务器建立持久连接。持久连接允许在同一个TCP连接上发送多个HTTP请求和响应，而不是每个请求都建立一个新的TCP连接，从而减少了连接的建立和关闭开销，提高了性能和效率。  
> 除了keep-alive之外，HTTP请求头中的Connection字段还可以包含其他值，用途如下：

*  close： 当Connection设置为close时，表示客户端或服务器希望在发送完当前的请求和响应后关闭TCP连接，即不使用持久连接。
 *  Upgrade： 用于HTTP升级。当Connection设置为Upgrade时，表示客户端希望升级到其他协议，如WebSocket。
 *  Connection-Token： 自定义的Connection标记，可以用于传递额外的信息或指示特定的处理方式。

虽然名为"keep-alive"，但HTTP的持久连接（keep-alive）并不是真正意义上的一直保持连接。实际上，HTTP的持久连接是一种在单个TCP连接上可以发送多个HTTP请求和响应的机制，从而避免了每次请求都重新建立新的TCP连接，从而减少了连接的建立和关闭的开销。

HTTP响应样本：

xml复制代码HTTP/1.1 200 OK
    Content-Type: text/html
    Content-Length: 1234
    Server: Apache/2.4.41 (Ubuntu)
    Date: Wed, 20 Jul 2023 12:34:56 GMT
    
    <!DOCTYPE html>
    <html>
    <head>
        <title>Example Page</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello, World!</h1>
        <p>This is an example page.</p>
    </body>
    </html>

*  第一行是响应行，包含HTTP协议版本（HTTP/1.1）、状态码（200）和状态文本（OK）。
 *  接下来是响应头，包含了响应的一些附加信息，如Content-Type（响应内容类型）、Content-Length（响应内容长度）、Server（服务器信息）等。
 *  响应头与响应体之间有一个空行，表示响应头结束，接下来是响应体，即实际返回给客户端的内容。在本例中，响应体是一个简单的HTML页面。

# 1、请求头 #

常见的请求头：

*  Host： 指定请求的目标主机名和端口号。
 *  User-Agent： 指定发送请求的用户代理，通常是浏览器标识。
 *  Accept： 指定客户端可以接受的响应内容类型，如文本、图片、JSON等。
 *  Accept-Language： 指定客户端可以接受的自然语言，用于国际化。
 *  Authorization： 用于身份验证，包含认证信息。
 *  Cookie： 用于在客户端和服务器之间传递会话信息。

# 2、响应头 #

常见的响应头：

*  Content-Type： 指定响应内容的类型，如text/html、application/json等。
 *  Content-Length： 指定响应内容的长度，单位为字节。
 *  Location： 用于重定向，指定新的URL地址。
 *  Set-Cookie： 用于在客户端设置Cookie，用于维持会话状态。
 *  Cache-Control： 指定响应的缓存策略，如no-cache、max-age等。

# 3、状态码 #

HTTP状态码是HTTP协议中用于表示服务器对请求的处理结果的数字代码。状态码由三位数字组成，每个状态码表示不同的处理结果。HTTP状态码主要分为五类，分别以不同的数字开头，每类状态码具有特定的含义。以下是常见的HTTP状态码及其含义：

1xx（Informational）： 表示请求已被接收，继续处理。

*  100 Continue：服务器已接收到请求的头部，并且客户端应继续发送请求的其余部分。

2xx（Successful）： 表示请求已成功被服务器接收、理解和处理。

*  200 OK：请求成功，服务器已成功处理请求。
 *  201 Created：请求成功，并在服务器上创建了新的资源。
 *  204 No Content：请求成功，但响应不包含实体主体内容，用于成功的DELETE请求等。

3xx（Redirection）： 表示需要进一步的操作以完成请求。

*  301 Moved Permanently：请求的资源已永久移动到新的URL，客户端应该使用新URL重新请求。
 *  302 Found：请求的资源已临时移动到新的URL，客户端应继续使用原始URL。
 *  304 Not Modified：客户端通过条件式请求的资源未修改，可直接使用缓存的版本。

4xx（Client Error）： 表示客户端发生错误，无法完成请求。

*  400 Bad Request：请求错误，服务器无法理解请求。
 *  401 Unauthorized：请求需要身份验证，客户端需要提供有效的认证信息。
 *  403 Forbidden：服务器理解请求，但拒绝执行请求。
 *  404 Not Found：请求的资源不存在，服务器未找到请求的URL。

5xx（Server Error）： 表示服务器发生错误，无法完成请求。

*  500 Internal Server Error：服务器内部错误，无法完成请求。
 *  502 Bad Gateway：服务器作为网关或代理，从上游服务器收到无效响应。
 *  503 Service Unavailable：服务器暂时不可用，通常由于过载或维护。

# 4、请求方法 #

*  GET：用于请求获取指定资源。
 *  POST：用于提交数据给服务器，如提交表单数据。
 *  PUT：用于更新指定资源的内容。
 *  DELETE：用于删除指定资源。
 *  HEAD：类似于GET请求，但只获取响应头信息，不获取响应体。
 *  OPTIONS：用于获取目标资源支持的通信选项。
 *  PATCH：用于对资源进行局部更新。

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# 5、Http版本 #

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）协议经过多次版本的演进和改进，目前主要有以下几个主要版本：

1.  HTTP/0.9： HTTP的最早版本，于1991年发布。它是一个非常简单的协议，仅支持传输HTML文本，没有请求头和响应头，也没有状态码。它主要用于传输超文本文档（HTML）和超链接（Hyperlink）。
2.  HTTP/1.0： 于1996年发布，相比HTTP/0.9，HTTP/1.0引入了请求头和响应头的概念，允许传输多种类型的资源，如图片、样式表和脚本文件。HTTP/1.0的特点是每个请求都需要单独建立连接，导致效率较低。
3.  HTTP/1.1： 于1997年发布，是HTTP协议的一个重要版本。HTTP/1.1引入了持久连接、管道化请求、Host头字段等特性，显著提升了网页加载速度和用户体验。持久连接允许在同一个连接上发送多个请求和响应，避免了每次请求都需要重新建立连接的开销。
4.  HTTP/2： 于2015年发布，是HTTP协议的最新主要版本。HTTP/2进一步优化了性能、安全性和并行处理能力。它引入了二进制协议，允许多个请求和响应同时在同一个连接上传输，消除了请求阻塞的问题。HTTP/2还支持头部压缩和服务器推送等特性，进一步减少了数据传输的开销。
5.  HTTP/3： 最新版本，于2022年6月6日标准化为RFC9114。会抛弃使用TCP，通过UDP上使用QUIC来承载应用层数据。

# 6、Cookie #

HTTP Cookie（简称Cookie）是HTTP协议中的一种机制，用于在客户端（通常是Web浏览器）和服务器之间传递会话信息和状态数据。Cookie主要用于记录用户的一些状态信息，以便服务器在后续请求中识别用户或维持用户的会话状态。

工作原理：

1.服务器设置Cookie： 服务器在HTTP响应中的Set-Cookie头部中设置Cookie信息，并将Cookie发送给客户端。例如：

ini复制代码Set-Cookie: session_id=1234567890; path=/; domain=example.com; expires=Sun, 20-Jul-2025 12:00:00 GMT; secure; HttpOnly

2.客户端保存Cookie： 客户端（Web浏览器）收到服务器设置的Cookie后，会将Cookie保存在本地。在以后的请求中，客户端会在请求头的Cookie字段中携带该Cookie信息。

3.客户端发送Cookie： 客户端在发送HTTP请求时，会将保存的Cookie信息包含在请求头的Cookie字段中，发送给服务器。

4.服务器读取Cookie： 服务器收到请求后，可以从请求头的Cookie字段中读取客户端发送的Cookie信息，并根据其中的数据来识别用户或维持会话状态。

Cookie属性：

Cookie可以包含多个属性，用于指定其行为和有效期。常见的Cookie属性包括：

*  Name和Value： 表示Cookie的名称和对应的值。
 *  Domain： 指定Cookie的作用域，指定了哪些域名可以访问该Cookie。
 *  Path： 指定Cookie的作用路径，指定了哪些URL路径可以访问该Cookie。
 *  Expires和Max-Age： 指定Cookie的有效期，Expires指定一个具体的过期时间，Max-Age指定从当前时间开始的有效期秒数。
 *  Secure： 表示Cookie只能通过HTTPS连接传输，用于保证Cookie的安全性。
 *  HttpOnly： 表示Cookie仅限于通过HTTP或HTTPS传输，不能被JavaScript等脚本访问，用于防止XSS攻击。

用途：

Cookie在Web应用中有许多用途，其中一些常见的包括：

*  记录用户的登录状态，实现用户认证和会话管理。
 *  存储用户的个性化设置和偏好。
 *  跟踪用户的浏览行为，用于分析用户行为和推荐相关内容。
 *  在购物网站中，用于保存购物车信息和交易状态。

# 7、URL长度 #

URL长度的限制由浏览器规定的，而不是HTTP协议。以下是一些浏览器对http中url长度的限制大小。

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当然大家会说我是搞开发的，我不用浏览器那么长度限制吗？比如用apache-httpclient，我试httpclient也同样是有长度限制的，过长就返回400错误了。

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