HTTP与HTTPS协议入门

timerring
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本文翻译自我的英文博客，最新修订内容可随时参考：​​HTTP与HTTPS协议入门​​

HTTP协议是互联网的基石，HTTPS则是其安全版本。HTTP基于TCP/IP协议，属于应用层协议，不涉及数据包传输细节，主要规定客户端与服务器的通信格式，默认端口为80。

HTTP/0.9（1991年）

  • 单一功能：仅支持​​GET​​方法，建立TCP连接后，客户端发送GET请求，服务器返回HTML资源后立即关闭连接。
  • 局限性：不支持其他方法（如POST）、无请求头/响应头，仅能传输纯文本HTML。

HTTP/1.0（1996年）

核心改进

  • 协议标准化：引入请求头和响应头，定义了通信格式。
  • 方法扩展：新增​​POST​​（提交数据）、​​HEAD​​（获取头部信息）等方法。
  • 状态码体系：引入1xx（信息性）、2xx（成功）、3xx（重定向）、4xx（客户端错误）、5xx（服务器错误）等状态码。
  • 头部字段：支持​​Content-Type​​（指定内容类型）、​​Content-Encoding​​（压缩格式）、​​Cache-Control​​（缓存控制）等字段。

缺陷

  • 非持久连接：每个TCP连接仅能处理一次请求，多次请求需反复建立连接，效率低下。

HTTP/1.1（1997年）

关键特性

  1. 持久连接（Persistent Connection）
  • 允许同一TCP连接处理多个请求，默认不关闭连接（可通过​​Connection: close​​主动关闭）。
  • 单域名最多建立6个连接，空闲超时后自动断开。
  1. 管道化（Pipelining）
  • 客户端可在等待前一个响应时发送多个请求（串行队列），通过​​Content-Length​​标识请求体长度。
  • 服务器需按请求顺序响应，引入​​Transfer-Encoding: chunked​​分块传输，支持流式响应。
  1. 多域名支持与方法扩展
  • ​​Host​​头部区分同一IP上的不同域名（如虚拟主机）。
  • 新增​​PUT​​（上传资源）、​​DELETE​​（删除资源）、​​OPTIONS​​（查询支持的方法）等方法。

缺陷：队头阻塞（Head-of-Line Blocking）

  • 同一连接中，前一个请求未响应会阻塞后续请求，即使响应数据已就绪也无法提前处理。

HTTP/2（2015年）

二进制协议与帧结构

  • 采用二进制格式传输数据，将数据分割为帧（Frame） ，如请求帧、响应帧、重置帧等。
  • 每个帧包含流标识符（Stream ID） ，客户端流ID为奇数，服务器流ID为偶数，支持多路复用（同一连接并发处理多个请求）。

核心特性

  1. 多路复用（Multiplexing）
  • 客户端可在同一TCP连接中同时发送多个请求，服务器可乱序响应，彻底解决队头阻塞。
  1. 头部压缩（HPACK算法）
  • 通过建立头部表（Header Table）缓存重复字段，后续请求只需发送索引值，减少头部传输开销。
  1. 服务器推送（Server Push）
  • 服务器可主动推送客户端可能需要的资源（如CSS、JS），提前缓存至客户端。
  1. 服务器发送事件（SSE）
  • 支持服务器主动向客户端推送数据（如实时通知），基于单向长连接，无需客户端频繁请求。

缺陷

  • TCP层队头阻塞：若TCP数据包丢失，整个连接的所有流均需等待重传，影响并发性能。
  • 服务器推送局限性：无法直接推送动态消息，需结合SSE实现实时通信。

HTTP/3（2021年）

基于UDP的QUIC协议

  • 放弃TCP，改用UDP（用户数据报协议） ，通过**QUIC（快速UDP互联网连接）**实现可靠性：
  • 多路复用：每个流独立传输，单个流丢包不影响其他流。
  • 连接迁移：使用连接ID标识会话，IP或端口变更时无需重新握手。

优势

  • 减少TCP三次握手和TLS握手延迟，首次连接耗时更低。
  • 避免TCP层队头阻塞，提升弱网络（如移动网络）下的性能。

HTTPS：安全的HTTP

HTTPS通过SSL/TLS协议解决HTTP的三大风险（窃听、篡改、伪装），核心流程如下：

TLS握手过程（明文传输）

  1. 客户端请求（ClientHello）
  • 发送支持的协议版本（如TLS 1.3）、随机数（Client Random）、加密算法列表等。
  1. 服务器响应（ServerHello）
  • 确认协议版本、加密算法，返回服务器证书（含公钥）及随机数（Server Random）。
  • 若需要客户端认证（如银行系统），会要求提供客户端证书。
  1. 客户端验证与密钥生成
  • 验证服务器证书有效性（CA签名、域名匹配、有效期）。
  • 生成预主密钥（Pre-master Secret） ，用服务器公钥加密后发送。
  • 结合三个随机数（Client Random、Server Random、Pre-master Secret）生成会话密钥（Session Key） ，用于后续对称加密。
  1. 服务器解密与会话建立
  • 用私钥解密预主密钥，生成会话密钥。
  • 双方切换至加密通信，后续数据通过对称加密传输。

性能优化

  • 会话复用：
  • Session ID：服务器内存中存储会话密钥，客户端重连时携带ID恢复会话（需单服务器部署）。
  • Session Ticket：服务器颁发加密票据，客户端重连时直接解密恢复密钥（支持分布式部署）。
  • 无密钥加密（Keyless SSL） ：
  • 服务器私钥仅用于解密预主密钥，其他流程由CDN等中间层处理，减少私钥暴露风险。

SSL与TLS的区别

  • SSL（安全套接层） ：早期协议，因存在安全漏洞已被弃用（如SSL 3.0的POODLE攻击）。
  • TLS（传输层安全） ：SSL的继任者，当前主流版本为TLS 1.3，提供更强的加密算法和安全性。
  • 术语混淆：习惯上仍称TLS证书为“SSL证书”，但实际应用中仅使用TLS协议。

总结：协议演进对比

版本传输层协议多路复用头部压缩连接特性典型应用场景
HTTP/0.9TCP不支持无单请求短连接早期静态网页
HTTP/1.1TCP有限支持无持久连接+管道化传统Web站点
HTTP/2TCP支持支持二进制帧+服务器推送现代Web应用（如SPA）
HTTP/3UDP+QUIC支持支持抗丢包+连接迁移移动网络、实时通信应用

如需深入调试HTTPS配置或优化网站性能，可参考博客中的完整示例：​​HTTP与HTTPS协议入门​​。

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