简单的 HTTP 请求实验

Livia_Peng
369 阅读5分钟

写在前面

“超文本传输协议” HTTP，或称“HTTP over TCP/IP”（HTTPS 为“HTTP over SSL/TLS”），用于约定和规范在两点之间的数据传输。其中“超文本”体现在 HTTP 传输的是文字、图片、音视频、超链接等数据，而不是难以阅读甚至会被切分的二进制包等形式。

但作为应用层的协议 HTTP 并不负责“传输”，而是由下层的协议来协助完成传输的工作。如 DNS 协议实现域名解析、SSL/TLS 协议实现安全通信、IP 协议实现寻址和路由、TCP 协议实现可靠数据传输等等。

本文记录一次简单实验，搭建最小化的由请求方和应答方两个端点构成的环境，以了解 HTTP 的数据传输过程以及 TCP/IP 在其中扮演的角色。

环境准备

Chrome + NodeJS Server + Wireshark

实验使用 Chrome 浏览器作为请求方，使用 NodeJS 创建 HTTP 服务模拟 Web 服务器，使用 Wireshark 抓包工具截获 TCP/IP 协议栈中传输的码流以作抓包分析。

一般 HTTP 服务器由 Aphche、Nginx 之类的软件来搭建，但 NodeJS 本身提供的http模块就可以用来构建服务器。以下是使用 http 模块创建的简单服务：

/* hello_http.js */

// 引入 http 模块
const http = require("http");

// 创建服务
http.createServer(function (req, res) {
  if (req.url === '/hello') {
    res.writeHead(200, {
      "Content-Type": "text/html;charset=UTF-8"
    });
    res.write('<h1 style="text-align:center">Hello HTTP</h1>');
  } else {
    res.writeHead(404, {
      "Content-Type": "text/html;charset=UTF-8"
    })
  }
  res.end()
}).listen(3000);

程序启动后将监听本地 3000 端口，访问/hellourl 时将响应 200 状态码及HTML文本内容。

实验过程

1、启动 NodeJS Server 脚本：在控制台输入 node hello_http.js

2、Wireshark首页，选择 “loopback lo0”，然后在顶部的过滤器中输入 tcp.port == 3000

其中，客户端和服务器在同一台机器而没有与实际设备连接， “loopback lo0”作为回环网卡并不真实地从外界接收和发送数据包，lo 是 local 的简写。

3、 使用浏览器访问http://127.0.0.1:3000/hello

从浏览器发起请求到传输完毕，Wireshark 在此过程中截获的内容：

抓包分析

传输过程

TCP	68	57602 → 3000 [SYN] Seq=0 Win=65535
TCP	68	3000 → 57602 [SYN, ACK] Seq=0 Ack=1 Win=65535
TCP	56	57602 → 3000 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=408256
TCP	56	[TCP Window Update] 3000 → 57602 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=408256
HTTP	546	GET /hello HTTP/1.1 
TCP	56	3000 → 57602 [ACK] Seq=1 Ack=491 Win=407808
HTTP	259	HTTP/1.1 200 OK  (text/html)
TCP	56	57602 → 3000 [ACK] Seq=491 Ack=204 Win=408064

  • HTTP 协议运行在 TCP/IP 基础上，浏览器需先依照 TCP 协议的规范，使用 三次握手 与 Web 服务器建立连接：

    • [SYN]：客户端发送 SYN（Seq=x）给服务器，进入 SYN_SEND 状态，等待服务器确认
    • [SYN, ACK]：服务器收到 SYN 包，需向客户端进行确认（Ack=x+1），同时发送一个自己的SYN包（Seq=y），进入 SYN_RECV 状态
    • [ACK]：客户端收到服务器的 SYN＋ACK 包，向服务器发送确认包 ACK (Ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入 ESTABLISHED 状态，完成三次握手

  • 服务器端向浏览器发送 [TCP Window Update] ，表示buffer已经清空，并提示服务端现在已有足够的 window 大小

  • 连接通道建立后，浏览器按照 HTTP 协议规定的格式，通过 TCP 发送了一个请求报文GET /hello HTTP/1.1

  • 服务器端回应 [ACK]，表示收到请求报文

  • 而后服务器端通过 TCP 发送 HTTP 响应报文HTTP/1.1 200 OK

  • 浏览器也回应 [ACK] 表示收到响应报文

tcp window update 是 TCP 通信中的一个状态，发生的原因归结于发送者传输数据的速度比接收者读取的数据还快，这使得接受端在缓冲区必须释放一部分空间来装发送过来的数据，然后向发送者发送 Windows Update，告诉发送者应以多大的速度发送数据，从而使得数据传输与接受恢复正常。

HTTP 报文

TCP 协议的报文对于 HTTP 协议是不可见的，使用 Wireshark 跟踪码流时，得到以下 HTTP 报文：

HTTP 协议的报文为可读的 ASCII 码，请求报文和响应报文的结构基本相同，由三部分组成：

  • 起始行（start line），描述请求或响应的基本信息
    • 请求行，请求报文里的起始行，包含 请求方法 Method + 请求目标 URI + HTTP 协议版本：GET /hello HTTP/1.1
    • 状态行，响应报文里的起始行，包含 HTTP 协议版本 + 状态码 + 原因：HTTP/1.1 200 OK
  • 头部字段集合（header），使用 key-value 形式更详细地说明报文，使用\r\n即二进制的“0D0A”进行分隔
  • 消息正文（entity/body），实际传输的数据，可以是文本或图片、视频等二进制数据

header 与 body 之间使用空白行（\r\n）进行分隔，若没有 body，则报文以空白行作为结束。

另外，由于 HTTP/1.1 长连接特性，默认不会立即关闭 TCP 连接，所以没有截获 TCP 关闭连接 四次挥手 的过程。

小结

HTTP 协议基于底层的 TCP/IP 协议，所以客户端需要用 IP 地址与服务器建立 TCP 连接。

本实验中，浏览器从地址栏的输入中就可获得服务器的 IP 地址和端口号。若输入的是域名，浏览器还需访问缓存或一系列的域名解析服务器以得到目标的IP地址。

在现实的 HTTP 传输过程中，浏览器和服务器之间还有一些“中间人”的角色，如 CDN、网关、代理等，可以帮助用户更快速、更安全地获取资源。

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