漫谈 HTTP 协议

1. HTTP 简介

         HTTP 协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于从 WWW 服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示(如文本先于图形)等。

         在了解 HTTP 如何工作之前，我们先了解计算机之间的通信。

2. 计算机相互之间的通信

        互联网的关键技术就是 TCP/IP 协议。两台计算机之间的通信是通过 TCP/IP 协议在因特网上进行的。实际上这个是两个协议：

TCP : Transmission Control Protocol 传输控制协议

IP：Internet Protocol  网际协议。

        IP：计算机之间的通信

        IP 协议是计算机用来相互识别的通信的一种机制，每台计算机都有一个 IP.用来在 internet 上标识这台计算机。  IP 负责在因特网上发送和接收数据包。通过 IP，消息（或者其他数据）被分割为小的独立的包，并通过因特网在计算机之间传送。IP 负责将每个包路由至它的目的地。

        IP 协议仅仅是允许计算机相互发消息，但它并不检查消息是否以发送的次序到达而且没有损坏（只检查关键的头数据）。为了提供消息检验功能，直接在 IP 协议上设计了传输控制协议 TCP.

       TCP : 应用程序之间的通信

       TCP 确保数据包以正确的次序到达，并且尝试确认数据包的内容没有改变。TCP 在 IP 地址之上引端口（port），它允许计算机通过网络提供各种服务。一些端口号为不同的服务保留，而且这些端口号是众所周知。

       服务或者守护进程：在提供服务的机器上，有程序监听特定端口上的通信流。例如大多数电子邮件通信流出现在端口 25 上，用于 wwww 的 HTTP 通信流出现在 80 端口上。

       当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后，TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex) 的通信，占用两个计算机之间整个的通信线路。TCP 用于从应用程序到网络的数据传输控制。TCP 负责在数据传送之前将它们分割为 IP 包，然后在它们到达的时候将它们重组。

       TCP/IP 就是 TCP 和 IP 两个协议在一起协同工作，有上下层次的关系。

       TCP 负责应用软件（比如你的浏览器）和网络软件之间的通信。IP 负责计算机之间的通信。TCP 负责将数据分割并装入 IP 包，IP 负责将包发送至接受者，传输过程要经 IP 路由器负责根据通信量、网络中的错误或者其他参数来进行正确地寻址，然后在它们到达的时候重新组合它们。

3. HTTP 协议所在的协议层

      HTTP 是基于 TCP 协议之上的。在 TCP/IP 协议参考模型的各层对应的协议如下图,其中 HTTP 是应用层的协议。

4. HTTP 请求响应模型

       HTTP 由请求和响应构成，是一个标准的客户端服务器模型（B/S）。HTTP 协议永远都是客户端发起请求，服务器回送响应。见下图:

       HTTP 是一个无状态的协议。无状态是指客户机（Web 浏览器）和服务器之间不需要建立持久的连接，这意味着当一个客户端向服务器端发出请求，然后服务器返回响应(response)，连接就被关闭了，在服务器端不保留连接的有关信息.HTTP 遵循请求(Request)/应答(Response)模型。客户机（浏览器）向服务器发送请求，服务器处理请求并返回适当的应答。所有 HTTP 连接都被构造成一套请求和应答。

5. HTTP 工作过程

     1 ) 、地址解析

     如用客户端浏览器请求这个页面：http://localhost.com:8080/index.htm

     从中分解出协议名、主机名、端口、对象路径等部分，对于我们的这个地址，解析得到的结果如下：

     协议名：http

     主机名：localhost.com

     端口：8080

     对象路径：/index.htm

     在这一步，需要域名系统 DNS 解析域名 localhost.com,得主机的 IP 地址。

     2）、封装 HTTP 请求数据包

     把以上部分结合本机自己的信息，封装成一个 HTTP 请求数据包

     3）、封装成 TCP 包，建立 TCP 连接（TCP 的三次握手）

       在 HTTP 工作开始之前，客户机（Web 浏览器）首先要通过网络与服务器建立连接，该连接是通过 TCP 来完成的，该协议与 IP 协议共同构建 Internet，即著名的 TCP/IP 协议族，因此 Internet 又被称作是 TCP/IP 网络。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。这里是 8080 端口

     4）客户机发送请求命令

       建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求方式的格式为：统一资源标识符（URL）、协议版本号，后边是 MIME 信息包括请求修饰符、客户机信息和可内容。

     5）服务器响应

     服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是 MIME 信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。

        实体消息是服务器向浏览器发送头信息后，它会发送一个空白行来表示头信息的发送到此为结束，接着，它就以 Content-Type 应答头信息所描述的格式发送用户所请求的实际数据

     6）服务器关闭 TCP 连接

     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。

6. HTTP 协议栈中各层数据流    

        首先我们看看客户端请求的时候，数据在各层协议的数据组织如下图：

       而服务器解析客户机请求就是反向操作的过程，如下图：

       客户机发起一次请求的时候：

       客户机会将请求封装成 http 数据包-->封装成 Tcp 数据包-->封装成 Ip 数据包--->封装成数据帧--->硬件将帧数据转换成 bit 流（二进制数据）-->最后通过物理硬件（网卡芯片）发送到指定地点。

       服务器硬件首先收到 bit 流....... 然后转换成 ip 数据包。于是通过 ip 协议解析 Ip 数据包，然后又发现里面是 tcp 数据包，就通过 tcp 协议解析 Tcp 数据包，接着发现是 http 数据包通过 http 协议再解析 http 数据包得到数据。

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作者：架构精进之路，专注软件架构研究，技术学习与个人成长，关注并私信我回复“01”，送你一份程序员成长进阶大礼包。

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