计算机网络|网络传输协议之:Http1、Http2、Http3📂📂

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七层模型和协议

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什么是http

HTTP(HyperText Transfer Protocol),是超文本传输协议,是目前互联网上要用最广泛的一种网络协议,所有的 WWW文件都必须遵守该标准。HTTP又使用了可靠的数据传输协议TCP协议,不会产生数据丢失和损坏。(HTTP协议属于应用层协议)

HTTP的工作流程

浏览器与服务器建立TCP连接,即三次握手

TCP连接成功,浏览器发出HTTP请求命令

服务端接收请求并返回HTTP响应

服务器关闭连接,即四次挥手

浏览器解析请求的资源

队头阻塞

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

解决队头阻塞

将同一页面的资源分散到不同域名下 ,提示连接上限。Chrome,对于同一个域名允许同时建立6个TCP持久连接,使用TCP连接时,虽然能共用一个TCP管道,但在一个管道中同一时刻只能处理一个请求。

Spriting合并多张小图为一张大图,再用JavaScript或Css将小图重新分割

内联,将图片的原始数据嵌入在Css文件里面的URL里减少网络请求次数

http1.0

特点

每次请求都必须新建一次连接,必须通过TCP的三次握手才能开始传输数据,连接结束之后还要经历四次挥手。

不跟踪每个浏览器的历史请求

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缺点

连接无法复用:每次请求都需要建立一个TCP连接,费时费力

队头阻塞:下一个请求必须在前一个请求响应到达后发送。如果某请求一直不到达,那么下一个请求就一直不发送。(高延迟--带来页面加载速度的降低)

每下载文件时都需要建立TCP连接、传输数据和断开连接这样的步骤,无疑会增加大量无谓的开销,因此HTTP1.1增加了持久连接的方法。

http1.1

在HTTP1.1中,默认支持长连接,即在一个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

特点

支持长连接,通过Keep-Alive保持HTTP连接不断开,避免重复建立TCP连接

管道化,通过长连接实现在一个连接中传输多个文件

加入缓存处理(新字段cache-control)

支持断点续传

增加了Host字段,实现了在一台WEB服务器上可以同一个IP地址和端口号上使用不同的主机名来创建多个虚拟WEB站点

并且添加了其他请求方法:put、delete、options..

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缺点

高延迟--队头阻塞

无状态特性--阻碍交互

(带来巨大头部)协议对于连接状态没有记忆能力。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

明文传输--不安全

传输内容没有加密,中途可能被篡改和劫持

不支持服务端推送

思考💡:HTTP1.1很难将带宽装满?

一是因为TCP的慢启动(为了减少网络拥塞的策略),一个TCP连接建立后,就进入发送数据状态,刚开始TCP协议会采用一个非常慢的速度去发送数据,而页面中常用的一些关键资源文件本来就不大,如HTML文件、CSS文件和JavaScript文件,通常这些文件在建立好连接之后就要发起请求,但这个过程慢启动,耗费时间就要更多。

二是因为同时开启了多条TCP连接,那么这些连接会竞争固定的带宽

三是队头阻塞问题

SPYD协议

在HTTP2之前Google对HTTP1.1进行了改良:SPDY协议(二进制分帧层)

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特点

多路复用--解决队头阻塞

SPDY允许一个连接上无限制并发流。因为请求在一个通道上,TCP效率更高 (慢启动),更少的网络连接,发出更密集的包。

头部压缩--解决巨大的HTTP头部

使用专门的HPACK算法,每次请求和响应只发送 差异头部,一般可以达到50%~90%的高压缩率。

请求优先级--先获取重要数据

虽然无限的并发流解决了队头阻塞的问题,但是如果带宽受限,客户端可能会因防止堵塞通道而阻止请求。在网络通道被非关键资源堵塞时,高优先级的请求会被优先处理。

服务器推送--填补空缺

可以让服务端主动把资源文件推送给客户端。当然客户端也有权力选择是否接收。

提高安全性

支持使用HTTPS进行加密传输。

http2.0

HTTP2是基于SPDY,最大的一个目标是在用户和网站键只用一个连接 。

HTTP2采用一个域名只使用一个TCP长连接来传输数据,这样整个页面资源的下载过程只需一次慢启动,也避免了多个TCP连接竞争带宽。同时实现资源的并行请求,解决队头阻塞问题。

特点

二进制传输:将请求和响应数据分为更小的帧,并且采用二进制编码

Header压缩:采用HPACK算法压缩头部,同时同一个域名下的两个请求,只会发送差异数据,减少冗余的数据传输,降低开销

多路复用:同一个域名下所有通信都是单个连接上完成,单个连接可以承载任意数量的双向数据流,数据流以消息形式发送,而消息由一个或多个帧组成,可以乱序发送

服务端推送:服务端可以新建“流”主动向客户端发送消息,提前推送客户端需要的静态资源,减少等待延迟

提高安全性:HTTP2也是明文的,只不过格式是二进制的,但HTTP2都是https协议的,跑在TSL上面。

问题

HTTP2仍存在问题:TCP+TLS建立连接的时间是主要瓶颈:没有从根本上解决队头阻塞问题,一旦遇到丢包,TCP协议还是会重新发送数据。我们知道在HTTP/2中,多个请求是跑在一个TCP管道中的,如果其中任意一路数据流中出现了丢包的情况,那么就会阻塞该TCP连接中的所有请求。这不同于HTTP/1.1,使用HTTP/1.1时,浏览器为每个域名开启了6个TCP连接,如果其中的1个TCP连接发生了队头阻塞,那么其他的5个连接依然可以继续传输数据。

http3.0

HTTP3甩掉TCP、TSL的包袱,构建高效网络QUIC协议。

HTTP3选择了UDP协议,基于UDP实现了类似TCP的多路数据流、传输可靠性等功能,将这套功能称为QUIC协议。

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特点

基于UDP协议改造,实现了快速握手

集成了TLS的加密功能

多路复用,彻底解决了头阻塞问题(一个物理连接上可以有多个独立的逻辑数据流,实现了数据流的单独传输)

实现了类似TCP的流量控制、传输可靠性的功能

总结

HTTP1.0:

浏览器与服务器只保持短暂的连接,浏览器每次请求都需要与服务器建立一个TCP连接

HTTP1.1:

引入了持久连接(TCP默认不关闭,可以被多个请求复用)

在同一个TCP连接里,客户端可以发送多个请求

多个请求按次序在服务端被处理

新增了一些请求方法、请求头和响应头

HTTP2.0

采用二进制格式而非文本格式

完全多路复用,只需要建立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

HTTP3.0

QUIC 基于 UDP 实现,是 HTTP/3 中的底层支撑协议,该协议基于 UDP,又取了 TCP 中的精华,实现了即快又可靠的协议。

参考👀

网络传输协议之:Http1、Http2、Http3