详解HTTP，HTTPS，HTTP2的异同

加糖的卡布奇诺
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前言

HTTP协议在前，HTTPS协议在后。那么HTTPS协议是为了解决什么问题才被提出的呢？

一言以蔽之：HTTPS = HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护

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HTTP协议

HTTP(HyperText Transfer Protocol)，超文本传输协议。用于客户端和服务器之间的通信。而用 HTTP 协议能够明确区分哪端是客户端，哪端是服务器端。

这里我们主要以HTTP/1.1为例。

HTTP/1.1的特点

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  • HTTP 是一种不保存状态，即无状态(stateless)协议。HTTP协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。HTTP/1.1 虽然是无状态协议，但为了实现期望的保持状态功能， 于是引入了Cookie技术。有了 Cookie再用HTTP协议通信，就可以管理状态了。

  • keep-alive: 持久连接的特点是，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持TCP连接状态。在 HTTP/1.1 中，所有的连接默认都是持久连接。

HTTP/1.1的缺点

  • 通信使用明文(不加密)， 内容可能会被窃听。为了解决这个问题，一种方法是通信加密，一种方式是内容加密。
  • 不验证通信方的身份有可能遭遇伪装
  • 无法证明报文的完整性，所以有可能已遭篡改

URI 和 URL

因为与HTTP协议相关度很高，所以在这里，额外的引入URI和URL的概念。

  • URI(Uniform Resource Identifier):统一资源标识符。
  • URL(Uniform Resource Locator):统一资源定位符。URL正是使用 Web 浏览器等访问 Web 页面时需要输入的网页地址。
  • URI用字符串标识某一互联网资源，而URL表示资源的地点(互联网上所处的位置)。可见URL是URI的子集。

一张图表示绝对URI的格式

绝对 URI 的格式.png

SSL 和 TLS 协议

在讲述HTTPS之前，先引入SSL和TLS的概念。

  • SSL(Secure Socket Layer) 安全套接层，SSL 采用一种叫做公开密钥加密(Public-key cryptography)的加密处理方式。
    • 公开密钥加密 = 公钥加密 + 私钥解密
  • TLS(Transport Layer Security) 安全传输层协议，TSL 是以 SSL 为原型开发的协议，有时会统一称该协议为 SSL。
  • 当前主流的版本是 SSL3.0 和 TLS1.0。
  • SSL 位于TCP协议之上，应用层之下。

ssl 层.png

HTTPS协议

HTTP/1.1有缺点，为了解决这些问题，HTTPS协议应运而生。HTTPS = HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护。

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HTTP/1.1通信使用明文(不加密)， 内容可能会被窃听。

解决之道： HTTPS 采用混合加密机制 = 共享密钥加密 + 公开密钥加密。 在交换密钥环节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。

HTTP/1.1不验证通信方的身份有可能遭遇伪装

解决之道：服务器端认证。

  1. 服务器把自己的公开密钥发给数字证书认证机构
  2. CA即数字证书认证机构，用它的私钥给服务器的公钥签发数字签名，颁发证书。
  3. 客户端用电脑内置的CA公钥验证证书的数字签名
  4. 客户端用服务器端的公钥对数据进行加密传送

CA 认证过程.png

HTTP/1.1无法证明报文的完整性，所以有可能已遭篡改

解决之道：HTTPS发送数据时会附加一种叫做MAC(Message Authentication Code)的报文摘要。 MAC 能够查知报文是否遭到篡改，从而保护报文的完整性。

HTTPS的缺点

HTTPS也存在一些问题，那就是当使用SSL时，它的处理速度会变慢。SSL的慢分两种。一种是指通信慢，另一种是指由于大量消耗CPU及内存等资源，导致处理速度变慢。

HTTP/1.1 VS HTTP2

HTTP/1.1

HTTP/1.1虽然应用广泛，不过也有其本身的缺点。

  1. 队头阻塞：HTTP请求在请求应答过程中，如果出现任何状况，剩下所有的工作都会被阻塞在那次请求应答之后。这就是“队头阻塞”，它会阻碍网络传输和 Web 页面渲染，直至失去响应。

  2. 低效的TCP利用：TCP协议保证了传输的准确性，传输速度并不是最快。

  3. 臃肿的消息首部：HTTP/1.1提供了压缩被请求内容的机制，但是消息首部却无法压缩。消息首部可不能忽略，尽管它比响应资源小很多，但它可能占据请求的绝大部分。

  4. 受限的优先级设置

HTTP2

HTTP/2 大致可以分为两部分：

  • 分帧层，即 HTTP/2 多路复用能力的核心部分
  • 数据层，其中包含传统上被认为是 HTTP 及其关联数据的部分。

  1. 二进制协议：h2的分帧层是基于帧的二进制协议。

  2. 多路复用：HTTP/2 规范对流 （stream）的定义是：“HTTP/2 连接上独立的、双向的帧序列交换。”你可以将流看作在连接上的一系列帧，它们构成了单独的 HTTP 请求和响应。如果客户端想要发出请求，它会开启一个新的流。然后，服务器将在这个流上回复。这与 h1 的请求 / 响应流程类似，重要的区别在于，因为有分帧，所以多个请求和响应可以交错，而不会互相阻塞。

  3. 首部压缩：仅仅使用二进制协议似乎还不够，h2 的首部还会被深度压缩。这将显著减少传输中的冗余字节。

  4. 优先级设置：h2 通过流的依赖关系来解决这个问题。通过 HEADERS 帧和 PRIORITY 帧，客户端可以明确地和服务端沟通它需要什么，以及它需要这些资源的顺序。这是通过声明依赖关系树和树里的相对权重实现的。

  5. 服务端推送

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