Http协议详解

一：http的由来：

OSI模型把网络通信分成七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，对于开发网络应用人员来说，一般把网络分成五层，这样比较容易理解。这五层为：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层（最顶层），下面是一张网络分层的图片（来源于网络）：

网络中的计算机互相通信就是实现了层与层之间的通信，要实现层与层之间的通信，则各层都要遵守规则，这样才能完成更好的通信， 我们就把它们之间遵守的规则就叫个“协议”，然而网络上的五层之间遵守的协议不一样，每层都有各自的协议。下面就由下至上的讲述每层的协议

物理层：物理层是五层模型中的最底层，物理层为计算机之间的数据通信提供了传输媒体和互连设备，为数据传输提供了可靠的环境，媒体包括电缆、光纤、无线信道等，互连设备指是计算机和调制解调器之间的互连设备，如各种插头、插座等。该层的作用是透明的传输比特流（即二进制流），为数据链路层提供一个传输原始比特流的物理连接

数据链路层：数据链路层是模型中的第2层，该层对接受到物理层传输过来的比特流进行分组，一组电信号构成的数据包，就叫做"帧"，数据链链路层就是来传输以"帧"为单位的数据包，把数据传递给上一层（网络层），帧数据由两部分组成：帧头和帧数据，帧头包括接受方物理地址（就是网卡的地址）和其他的网络信息，帧数据就是要传输的数据体。数据帧的最长为1500字节，如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。

网络层：

该层通过寻址（寻址地址）来建立两个节点之间的连接，大家都知道我们的电脑连接上网络后都一个IP地址，我们可以通过IP地址来确定不同的计算机是否在同一个子网路。如果我们的电脑连接上网络后就有两种地址：物理地址和网络地址（IP地址），网络上的计算机要通信，必须要知道通信的计算机“在哪里”， 首先通过网络地址来判断是否处于同一个子网络，然后再对物理地址（MAC）地址进行处理，从而准确确定要通信计算机的位置。

在网络层中有我们熟悉的IP协议（即规定网络地址的协议），目前广泛采用的是IP协议第四版（IPv4）,这个版本规定，网络地址由32位二进制位组成。我们可以自己配置IP地址也可以自动获得的方式得到IP地址，Ip地址分成两部分，前24位代表网络，后8位代表主机号， 如192.168.254.1和192.168.254.2就处于同一个子网络里，因为这两个IP地址的前24位相同。

网络层中以IP数据包的形式来传递数据，IP数据包也包括两部分：头（Head）和数据(Data)，IP数据包放进数据帧中的数据部分进行传输。

传输层：

通过MAC和IP地址，我们可以找到互联网上任意两台主机来建立通信。然而这里有一个问题，找到主机后，主机上有很多程序都需要用到网络，比如说你在一边听歌和好用QQ聊天， 当网络上发送来一个数据包时， 是怎么知道它是表示聊天的内容还是歌曲的内容的， 这时候就需要一个参数来表示这个数据包是发送给那个程序（进程）来使用的，这个参数我们就叫做端口号，主机上用端口号来标识不同的程序（进程），端口是0到65535之间的一个整数，0到1023的端口被系统占用，用户只能选择大于1023的端口。

传输层的功能就是建立端口到端口的通信，网络层就是建立主机与主机的通信，这样如果我们确定了主机和端口，这样就可以实现程序之间的通信了。我们所说的Socket编程就是通过代码来实现传输层之间的通信。因为初始化Socket类对象要指定IP地址和端口号。

在传输层有两个非常重要的协议：UDP 协议和TCP协议

采用UDP协议话传输的就是UDP数据包，同样UDP数据包也由头和数据两部分组成，头部分主要标识了发送端口和接受端口，数据部分就是具体的内容信息。同样UDP数据包是放入IP数据包中的"数据"部分，IP数据包再放入数据帧中在网络上传输。

由于UDP协议的可靠性差（数据发送后无法确定对方是否收到），所以又定义了一个可靠性高的协议——TCP协议，TCP协议采取了握手的方式要确保对方收到了数据。

应用层：应用层是模型中的最顶层，是用户与网络的接口，该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求。该层的数据放在TCP数据包的数据部分，该层定义了一个很重要的协议——Http协议，我们一般的Web开发都是基于应用层的开发， 所以后面专题将会和大家介绍下Http协议。

二、一次完整的http请求过程

HTTP协议是无状态协议，依赖瞬间或者近乎瞬间的请求处理。请求信息被立即发送，理想的情况是没有延迟地进行处理；不过，延迟还是客观存在的。HTTP 协议有一种内置机制，在消息的传递时间上有一定的灵活性：超时机制。一个超时就是客户端等待请求消息返回信息的最长时间。

HTTP协议的请求和响应消息如果没有发送并传递成功的话，不保存任何已传递的信息。比如，单击“提交”按牛，如果表单没有发出去，则浏览器将会显示错误信息页，并且返回空白表单。虽然没有提交成功，但是HTTP不保存任何表单信息。

HTTP是比TCP更高层次的应用层协议，根据规则，只有低层协议建立之后才能，才能进行更层协议的连接，因此，首先要建立TCP连接，一般TCP连接的端口号是80。

一次完整的http请求过程

1) 建立连接：客户端与服务器建立TCP连接
域名-->找到对应IP-->三次握手(syn,ack)后建立连接；
2) 发送请求：打开一个连接后，客户端把请求信息发送到服务器的相应端口上，完成请求动作提交；
3) 发送响应：服务器在处理完客户端请求之后，要向客户端发送响应消息；
4) 关闭连接：客户端和服务器端都可以关闭套接字来结束TCP/IP对话。
一般情况下，一旦Web服务器向浏览器发送了请求数据，它就要关闭TCP连接，然后如果浏览器或者服务器在其头信息加入了这行代码：
Connection:keep-alive
TCP连接在发送后将仍然保持打开状态，于是，浏览器可以继续通过相同的连接发送请求。保持连接节省了为每个请求建立新连接所需的时间，还节约了网络带宽。

三、HTTP协议详解之响应篇

    在接收和解释请求消息后，服务器返回一个HTTP响应消息。

HTTP响应也是由三个部分组成，分别是：状态行、消息报头、响应正文
1、状态行格式如下：
HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF
其中，HTTP-Version表示服务器HTTP协议的版本；Status-Code表示服务器发回的响应状态代码；Reason-Phrase表示状态代码的文本描述。
状态代码有三位数字组成，第一个数字定义了响应的类别，且有五种可能取值：
1xx：指示信息--表示请求已接收，继续处理
2xx：成功--表示请求已被成功接收、理解、接受
3xx：重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作
4xx：客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现
5xx：服务器端错误--服务器未能实现合法的请求
常见状态代码、状态描述、说明：
200 OK      //客户端请求成功
400 Bad Request  //客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解
401 Unauthorized //请求未经授权，这个状态代码必须和WWW-Authenticate报头域一起使用 
403 Forbidden  //服务器收到请求，但是拒绝提供服务
404 Not Found  //请求资源不存在，eg：输入了错误的URL
500 Internal Server Error //服务器发生不可预期的错误
503 Server Unavailable  //服务器当前不能处理客户端的请求，一段时间后可能恢复正常
eg：HTTP/1.1 200 OK （CRLF）

2、响应报头后述

3、响应正文就是服务器返回的资源的内容 

 

四、HTTP协议详解之消息报头篇

    HTTP消息由客户端到服务器的请求和服务器到客户端的响应组成。请求消息和响应消息都是由开始行（对于请求消息，开始行就是请求行，对于响应消息，开始行就是状态行），消息报头（可选），空行（只有CRLF的行），消息正文（可选）组成。

HTTP消息报头包括普通报头、请求报头、响应报头、实体报头。
每一个报头域都是由名字+“：”+空格+值 组成，消息报头域的名字是大小写无关的。

1、普通报头
在普通报头中，有少数报头域用于所有的请求和响应消息，但并不用于被传输的实体，只用于传输的消息。
eg：
Cache-Control   用于指定缓存指令，缓存指令是单向的（响应中出现的缓存指令在请求中未必会出现），且是独立的（一个消息的缓存指令不会影响另一个消息处理的缓存机制），HTTP1.0使用的类似的报头域为Pragma。
请求时的缓存指令包括：no-cache（用于指示请求或响应消息不能缓存）、no-store、max-age、max-stale、min-fresh、only-if-cached;
响应时的缓存指令包括：public、private、no-cache、no-store、no-transform、must-revalidate、proxy-revalidate、max-age、s-maxage.
eg：为了指示IE浏览器（客户端）不要缓存页面，服务器端的JSP程序可以编写如下：response.sehHeader("Cache-Control","no-cache");
//response.setHeader("Pragma","no-cache");作用相当于上述代码，通常两者//合用
这句代码将在发送的响应消息中设置普通报头域：Cache-Control:no-cache

Date普通报头域表示消息产生的日期和时间

Connection普通报头域允许发送指定连接的选项。例如指定连接是连续，或者指定“close”选项，通知服务器，在响应完成后，关闭连接

2、请求报头
请求报头允许客户端向服务器端传递请求的附加信息以及客户端自身的信息。
常用的请求报头
Accept
Accept请求报头域用于指定客户端接受哪些类型的信息。eg：Accept：image/gif，表明客户端希望接受GIF图象格式的资源；Accept：text/html，表明客户端希望接受html文本。
Accept-Charset
Accept-Charset请求报头域用于指定客户端接受的字符集。eg：Accept-Charset:iso-8859-1,gb2312.如果在请求消息中没有设置这个域，缺省是任何字符集都可以接受。
Accept-Encoding
Accept-Encoding请求报头域类似于Accept，但是它是用于指定可接受的内容编码。eg：Accept-Encoding:gzip.deflate.如果请求消息中没有设置这个域服务器假定客户端对各种内容编码都可以接受。
Accept-Language
Accept-Language请求报头域类似于Accept，但是它是用于指定一种自然语言。eg：Accept-Language:zh-cn.如果请求消息中没有设置这个报头域，服务器假定客户端对各种语言都可以接受。
Authorization
Authorization请求报头域主要用于证明客户端有权查看某个资源。当浏览器访问一个页面时，如果收到服务器的响应代码为401（未授权），可以发送一个包含Authorization请求报头域的请求，要求服务器对其进行验证。
Host（发送请求时，该报头域是必需的）
Host请求报头域主要用于指定被请求资源的Internet主机和端口号，它通常从HTTP URL中提取出来的，eg：
我们在浏览器中输入：http://www.guet.edu.cn/index.html
浏览器发送的请求消息中，就会包含Host请求报头域，如下：
Host：www.guet.edu.cn
此处使用缺省端口号80，若指定了端口号，则变成：Host：www.guet.edu.cn:指定端口号
User-Agent
我们上网登陆论坛的时候，往往会看到一些欢迎信息，其中列出了你的操作系统的名称和版本，你所使用的浏览器的名称和版本，这往往让很多人感到很神奇，实际上，服务器应用程序就是从User-Agent这个请求报头域中获取到这些信息。User-Agent请求报头域允许客户端将它的操作系统、浏览器和其它属性告诉服务器。不过，这个报头域不是必需的，如果我们自己编写一个浏览器，不使用User-Agent请求报头域，那么服务器端就无法得知我们的信息了。
请求报头举例：
GET /form.html HTTP/1.1 (CRLF)
Accept:image/gif,image/x-xbitmap,image/jpeg,application/x-shockwave-flash,application/vnd.ms-excel,application/vnd.ms-powerpoint,application/msword,*/* (CRLF)
Accept-Language:zh-cn (CRLF)
Accept-Encoding:gzip,deflate (CRLF)
If-Modified-Since:Wed,05 Jan 2007 11:21:25 GMT (CRLF)
If-None-Match:W/"80b1a4c018f3c41:8317" (CRLF)
User-Agent:Mozilla/4.0(compatible;MSIE6.0;Windows NT 5.0) (CRLF)
Host:www.guet.edu.cn (CRLF)
Connection:Keep-Alive (CRLF)
(CRLF)

3、响应报头
响应报头允许服务器传递不能放在状态行中的附加响应信息，以及关于服务器的信息和对Request-URI所标识的资源进行下一步访问的信息。
常用的响应报头
Location
Location响应报头域用于重定向接受者到一个新的位置。Location响应报头域常用在更换域名的时候。
Server
Server响应报头域包含了服务器用来处理请求的软件信息。与User-Agent请求报头域是相对应的。下面是
Server响应报头域的一个例子：
Server：Apache-Coyote/1.1
WWW-Authenticate
WWW-Authenticate响应报头域必须被包含在401（未授权的）响应消息中，客户端收到401响应消息时候，并发送Authorization报头域请求服务器对其进行验证时，服务端响应报头就包含该报头域。
eg：WWW-Authenticate:Basic realm="Basic Auth Test!"  //可以看出服务器对请求资源采用的是基本验证机制。

4、实体报头
请求和响应消息都可以传送一个实体。一个实体由实体报头域和实体正文组成，但并不是说实体报头域和实体正文要在一起发送，可以只发送实体报头域。实体报头定义了关于实体正文（eg：有无实体正文）和请求所标识的资源的元信息。
常用的实体报头
Content-Encoding
Content-Encoding实体报头域被用作媒体类型的修饰符，它的值指示了已经被应用到实体正文的附加内容的编码，因而要获得Content-Type报头域中所引用的媒体类型，必须采用相应的解码机制。Content-Encoding这样用于记录文档的压缩方法，eg：Content-Encoding：gzip
Content-Language
Content-Language实体报头域描述了资源所用的自然语言。没有设置该域则认为实体内容将提供给所有的语言阅读
者。eg：Content-Language:da
Content-Length
Content-Length实体报头域用于指明实体正文的长度，以字节方式存储的十进制数字来表示。
Content-Type
Content-Type实体报头域用语指明发送给接收者的实体正文的媒体类型。eg：
Content-Type:text/html;charset=ISO-8859-1
Content-Type:text/html;charset=GB2312
Last-Modified
Last-Modified实体报头域用于指示资源的最后修改日期和时间。
Expires
Expires实体报头域给出响应过期的日期和时间。为了让代理服务器或浏览器在一段时间以后更新缓存中(再次访问曾访问过的页面时，直接从缓存中加载，缩短响应时间和降低服务器负载)的页面，我们可以使用Expires实体报头域指定页面过期的时间。eg：Expires：Thu，15 Sep 2006 16:23:12 GMT
HTTP1.1的客户端和缓存必须将其他非法的日期格式（包括0）看作已经过期。eg：为了让浏览器不要缓存页面，我们也可以利用Expires实体报头域，设置为0，jsp中程序如下：response.setDateHeader("Expires","0");

五、 建立连接的方式

HTTP支持2中建立连接的方式：非持久连接和持久连接(HTTP1.1默认的连接方式为持久连接)。

1) 非持久连接

让我们查看一下非持久连接情况下从服务器到客户传送一个Web页面的步骤。假设该贝面由1个基本HTML文件和10个JPEG图像构成，而且所有这些对象都存放在同一台服务器主机中。再假设该基本HTML文件的URL为：gpcuster.cnblogs.com/index.html。

下面是具体步骡:

1.HTTP客户初始化一个与服务器主机gpcuster.cnblogs.com中的HTTP服务器的TCP连接。HTTP服务器使用默认端口号80监听来自HTTP客户的连接建立请求。

2.HTTP客户经由与TCP连接相关联的本地套接字发出—个HTTP请求消息。这个消息中包含路径名/somepath/index.html。

3.HTTP服务器经由与TCP连接相关联的本地套接字接收这个请求消息，再从服务器主机的内存或硬盘中取出对象/somepath/index.html，经由同一个套接字发出包含该对象的响应消息。

4.HTTP服务器告知TCP关闭这个TCP连接(不过TCP要到客户收到刚才这个响应消息之后才会真正终止这个连接)。

5.HTTP客户经由同一个套接字接收这个响应消息。TCP连接随后终止。该消息标明所封装的对象是一个HTML文件。客户从中取出这个文件，加以分析后发现其中有10个JPEG对象的引用。

6.给每一个引用到的JPEG对象重复步骡1-4。

上述步骤之所以称为使用非持久连接，原因是每次服务器发出一个对象后，相应的TCP连接就被关闭，也就是说每个连接都没有持续到可用于传送其他对象。每个TCP连接只用于传输一个请求消息和一个响应消息。就上述例子而言，用户每请求一次那个web页面，就产生11个TCP连接。

2) 持久连接

非持久连接有些缺点。首先，客户得为每个待请求的对象建立并维护一个新的连接。对于每个这样的连接，TCP得在客户端和服务器端分配TCP缓冲区，并维持TCP变量。对于有可能同时为来自数百个不同客户的请求提供服务的web服务器来说，这会严重增加其负担。其次，如前所述，每个对象都有2个RTT的响应延长——一个RTT用于建立TCP连接，另—个RTT用于请求和接收对象。最后，每个对象都遭受TCP缓启动，因为每个TCP连接都起始于缓启动阶段。不过并行TCP连接的使用能够部分减轻RTT延迟和缓启动延迟的影响。

在持久连接情况下，服务器在发出响应后让TCP连接继续打开着。同一对客户/服务器之间的后续请求和响应可以通过这个连接发送。整个Web页面(上例中为包含一个基本HTMLL文件和10个图像的页面)自不用说可以通过单个持久TCP连接发送:甚至存放在同一个服务器中的多个web页面也可以通过单个持久TCP连接发送。通常，HTTP服务器在某个连接闲置一段特定时间后关闭它，而这段时间通常是可以配置的。持久连接分为不带流水线(without pipelining)和带流水线(with pipelining)两个版本。如果是不带流水线的版本，那么客户只在收到前一个请求的响应后才发出新的请求。这种情况下，web页面所引用的每个对象(上例中的10个图像)都经历1个RTT的延迟，用于请求和接收该对象。与非持久连接2个RTT的延迟相比，不带流水线的持久连接已有所改善，不过带流水线的持久连接还能进一步降低响应延迟。不带流水线版本的另一个缺点是，服务器送出一个对象后开始等待下一个请求，而这个新请求却不能马上到达。这段时间服务器资源便闲置了。

HTTP/1.1的默认模式使用带流水线的持久连接。这种情况下，HTTP客户每碰到一个引用就立即发出一个请求，因而HTTP客户可以一个接一个紧挨着发出各个引用对象的请求。服务器收到这些请求后，也可以一个接一个紧挨着发出各个对象。如果所有的请求和响应都是紧挨着发送的，那么所有引用到的对象一共只经历1个RTT的延迟(而不是像不带流水线的版本那样，每个引用到的对象都各有1个RTT的延迟)。另外，带流水线的持久连接中服务器空等请求的时间比较少。与非持久连接相比，持久连接(不论是否带流水线)除降低了1个RTT的响应延迟外，缓启动延迟也比较小。其原因在于既然各个对象使用同一个TCP连接，服务器发出第一个对象后就不必再以一开始的缓慢速率发送后续对象。相反，服务器可以按照第一个对象发送完毕时的速率开始发送下一个对象。