HTTP 协议是互联网的基础协议,也是网页开发的必备知识,最新版本 HTTP/2 更是让它成为技术热点。
本文介绍 HTTP 协议的历史演变和设计思路。
一、HTTP/0.9
HTTP 是基于 TCP/IP 协议的应用层协议。它不涉及数据包(packet)传输,主要规定了客户端和服务器之间的通信格式,默认使用80端口。
最早版本是1991年发布的0.9版。该版本极其简单,只有一个命令GET
。
GET /index.html
上面命令表示,TCP 连接(connection)建立后,客户端向服务器请求(request)网页index.html
。
协议规定,服务器只能回应HTML格式的字符串,不能回应别的格式。
<html>
<body>Hello World</body>
</html>
服务器发送完毕,就关闭TCP连接。
二、HTTP/1.0
2.1 简介
1996年5月,HTTP/1.0 版本发布,内容大大增加。
首先,任何格式的内容都可以发送。这使得互联网不仅可以传输文字,还能传输图像、视频、二进制文件。这为互联网的大发展奠定了基础。
其次,除了GET
命令,还引入了POST
命令和HEAD
命令,丰富了浏览器与服务器的互动手段。
再次,HTTP请求和回应的格式也变了。除了数据部分,每次通信都必须包括头信息(HTTP header),用来描述一些元数据。
其他的新增功能还包括状态码(status code)、多字符集支持、多部分发送(multi-part type)、权限(authorization)、缓存(cache)、内容编码(content encoding)等。
2.2 请求格式
下面是一个1.0版的HTTP请求的例子。
GET / HTTP/1.0
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5) Accept: */*
可以看到,这个格式与0.9版有很大变化。
第一行是请求命令,必须在尾部添加协议版本(HTTP/1.0
)。后面就是多行头信息,描述客户端的情况。
2.3 回应格式
服务器的回应如下。
HTTP/1.0 200 OK
Content-Type: text/plain Content-Length: 137582 Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMT Last-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMT Server: Apache 0.84 <html> <body>Hello World</body> </html>
回应的格式是"头信息 + 一个空行(\r\n
) + 数据"。其中,第一行是"协议版本 + 状态码(status code) + 状态描述"。
2.4 Content-Type 字段
关于字符的编码,1.0版规定,头信息必须是 ASCII 码,后面的数据可以是任何格式。因此,服务器回应的时候,必须告诉客户端,数据是什么格式,这就是Content-Type
字段的作用。
下面是一些常见的Content-Type
字段的值。
- text/plain
- text/html
- text/css
- image/jpeg
- image/png
- image/svg+xml
- audio/mp4
- video/mp4
- application/java script
- application/pdf
- application/zip
- application/atom+xml
这些数据类型总称为MIME type
,每个值包括一级类型和二级类型,之间用斜杠分隔。
除了预定义的类型,厂商也可以自定义类型。
application/vnd.debian.binary-package
上面的类型表明,发送的是Debian系统的二进制数据包。
MIME type
还可以在尾部使用分号,添加参数。
Content-Type: text/html; charset=utf-8
上面的类型表明,发送的是网页,而且编码是UTF-8。
客户端请求的时候,可以使用Accept
字段声明自己可以接受哪些数据格式。
Accept: */*
上面代码中,客户端声明自己可以接受任何格式的数据。
MIME type
不仅用在HTTP协议,还可以用在其他地方,比如HTML网页。
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" />
<!-- 等同于 -->
<meta charset="utf-8" />
2.5 Content-Encoding 字段
由于发送的数据可以是任何格式,因此可以把数据压缩后再发送。Content-Encoding
字段说明数据的压缩方法。
Content-Encoding: gzip Content-Encoding: compress Content-Encoding: deflate
客户端在请求时,用Accept-Encoding
字段说明自己可以接受哪些压缩方法。
Accept-Encoding: gzip, deflate
2.6 缺点
HTTP/1.0 版的主要缺点是,每个TCP连接只能发送一个请求。发送数据完毕,连接就关闭,如果还要请求其他资源,就必须再新建一个连接。
TCP连接的新建成本很高,因为需要客户端和服务器三次握手,并且开始时发送速率较慢(slow start)。所以,HTTP 1.0版本的性能比较差。随着网页加载的外部资源越来越多,这个问题就愈发突出了。
为了解决这个问题,有些浏览器在请求时,用了一个非标准的Connection
字段。
Connection: keep-alive
这个字段要求服务器不要关闭TCP连接,以便其他请求复用。服务器同样回应这个字段。
Connection: keep-alive
一个可以复用的TCP连接就建立了,直到客户端或服务器主动关闭连接。但是,这不是标准字段,不同实现的行为可能不一致,因此不是根本的解决办法。
三、HTTP/1.1
1997年1月,HTTP/1.1 版本发布,只比 1.0 版本晚了半年。它进一步完善了 HTTP 协议,一直用到了20年后的今天,直到现在还是最流行的版本。
3.1 持久连接
1.1 版的最大变化,就是引入了持久连接(persistent connection),即TCP连接默认不关闭,可以被多个请求复用,不用声明Connection: keep-alive
。
客户端和服务器发现对方一段时间没有活动,就可以主动关闭连接。不过,规范的做法是,客户端在最后一个请求时,发送Connection: close
,明确要求服务器关闭TCP连接。
Connection: close
目前,对于同一个域名,大多数浏览器允许同时建立6个持久连接。
3.2 管道机制
1.1 版还引入了管道机制(pipelining),即在同一个TCP连接里面,客户端可以同时发送多个请求。这样就进一步改进了HTTP协议的效