【计算机网络】HTTP详解-Toy模板网

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系列综述：
💞目的：本系列是个人整理为了秋招工作面试的，整理期间苛求每个知识点，平衡理解简易度与深入程度。
🥰来源：材料主要源于小林Codeing进行的，每个知识点的修正和深入主要参考各平台大佬的文章，其中也可能含有少量的个人实验自证。
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HTTP

基本概念

定义：HTTP协议是一个超文本传输协议，处于TCP/IP协议体系的应用层
万维网WWW
- 定义：因特网中的Web服务资源空间，因特网还包含其他服务，如电子邮件服务，FTP等等
- 组成
  - 统一资源定位符URL：标记万维网的各种资源，形式为协议 :// 主机 : 端口 / 路径
  - 超文本传输协议HTTP：使用TCP连接进行可靠传输的应用层协议
  - 超文本标记语言HTML：Web页面的数据和格式的描述语言
HTTP协议特点
- 简单：报文格式是header + body，头部信息也是 key-value 形式
- 灵活：协议字段没有严格要求，允许自定义和和扩充。HTTP协议工作在应用层，下层可以任意变化。
- 应用广泛，生态完整
- 不安全
  - 无状态连接导致重复的身份验证，可通过cookie/session机制解决
  - 明文传输导致信息容易泄漏，可通过引入 SSL/TLS 层解决
HTTP协议的发展
- HTTP1.0
  - 无状态：服务器不保存任何客户端信息。无法进行动态交互，可以通过cookie/session进行身份认证和状态保存
  - 非持久连接：每次连接客户端发出请求，服务器收到响应后便立即关闭连接。无法复用连接，每次TCP连接释放开销大。
  - 有序连接（队头阻塞问题）：下一个请求必须在前一个请求响应到达之后才能发送，若有请求一直未响应，则后面请求会被阻塞。
- HTTP1.1
  - 持久连接：一次TCP连接，能进行多次请求-响应
  - 管道化：客户端能并发的发送多个请求，服务端按序串行发送响应。解决了发送端的队头阻塞，但是服务端可能导致队头阻塞。
  - 断点续传：HTTP消息头使用分块传输编码，将实体主体分块传输
- HTTP2.0：在HTTP和SSL协议间增加SPDY，以增强HTTP协议功能
  - 多路复用：将多个HTTP请求和响应进行二进制分帧并分配给不同的流，最后通过同一个TCP进行传输，在传输过程中，每个流都可以被独立地流量控制和优先级控制。
  - 服务器推送：服务器主动推送给客户端静态资源，客户端进行缓存
  - 首部压缩：通过静态字典、动态字典和哈夫曼编码进行
    - 静态字典：存储常见头部键值对，传输时头部简写成对应静态字典中的index
    - 动态字典：通过连接上下文进行更新，需要为每个 HTTP/2 连接维护不同的字典
    - 哈夫曼编码：根据使用频率进行非等长编码
  - TCP带来的瓶颈：在出现丢包的额情况下，整个TCP都要开始等待重传，导致后面的所有数据都被阻塞
- HTTP3.0
  - 使用基于UDP的QUIC协议：一个连接上的多个stream之间没有依赖，即使丢包，只需要重发丢失的包即可，不需要重传整个连接。
  - 更好的移动端表现：TCP是基于IP识别连接，而QUIC是通过ID识别链接。无论网络环境如何变化，只要ID不变，就能迅速重新连上
  - 加密认证的根文：所有报文头部都是经过认证的，报文Body都是经过加密的。
  - 向前纠错机制：每个数据包除了它本身的内容之外还包括了其他数据包的数据，因此少量的丢包可以通过其他包的冗余数据直接组装而无需重传。
  - 连接迁移：不再用tcp四元组确定一个连接，而是用一个64位随机数来确定这个连接
鼠标点击URL发生的事件及每层传输用到的协议
- 流程
  - 浏览器分析链接指向的URL
  - 浏览器向DNS请求解析该域名的IP地址
  - 域名系统DNS解析出该域名服务器的IP
  - 浏览器与该服务器建立TCP链接（默认端口为80）
  - 浏览器发出HTTP的GET请求
  - 服务器响应HTTP把文件index.htm发送给浏览器
  - TCP链接释放
- 浏览器解析HTML文件并进行布局渲染
  - 应用层：HTTP：超文本传输协议，DNS:域名解析服务
  - 传输层：TCP：为HTTP提供可靠的数据传输，UDP：DNS使用UDP进行传输
  - 网络层：IP：IP数据报的传输和路由选择，ICMP：提供网络传输的差错检测，ARP：将本机的默认网关IP地址映射成MAC地址
  - 数据链路层：PPP协议
HTTP 常见的状态码有哪些？
- 1xx提示码：属于提示信息，表示协议处理的一种中间状态
- 2xx成功码：成功，表示服务器成功处理了客户端的请求报文
  - 200 OK：成功有数据，表示服务器正常返回的响应头含有body数据
  - 204 No Content：成功无数据，但是表示响应头中无body数据
  - 206 Partial Content：断点续传的部分成功，表示响应中的body数据只是所有数据的一部分
- 3xx重定向码：表示客户端请求的资源地址发生变动，需要客户端用新的 URL 重新发送请求获取资源，也就是重定向。
  - 301 Moved Permanently：表示永久重定向，说明请求的资源已经不存在了，需改用新的 URL 再次访问。
  - 302 Found：表示临时重定向，说明请求的资源还在，但暂时需要用另一个 URL 来访问。
  - 304 Not Modified：不具有跳转的含义，表示资源未修改，重定向到缓存文件
- 4xx错误码 ：表示客户端发送的报文有误，服务器无法处理
  - 400 Bad Request：表示客户端请求的报文有错误，但只是个笼统的错误。
  - 403 Forbidden：表示服务器禁止访问资源，并不是客户端的请求出错。
  - 404 Not Found：服务器没找到这个请求的资源，所以无法提供给客户端。
- 5xx服务端错误 :表示客户端请求报文正确，但是服务器处理时内部发生了错误
  - 500 Internal Server Error：笼统的通用错误码
  - 501 Not Implemented：表示客户端请求的功能目前不支持
  - 502 Bad Gateway：通常是服务器作为网关或代理时返回的错误码，表示服务器自身工作正常，访问后端服务器发生了错误。
  - 503 Service Unavailable：表示服务器当前很忙，请稍后重试
HTTP协议的常见字段
- Host字段：客户端请求报文中用来指定服务器域名
- Content-Length字段：服务器响应报文中，表示本次回应的数据长度
- Connection字段：常用于客户端要求服务器使用「HTTP 长连接」机制，长连接通过握手建立连接后可以多次请求-响应，直到通过四次挥手断开连接
- Content-Type 字段：用于服务器响应报文，告诉客户端本次数据编码格式
- Content-Encoding 字段：指明数据的压缩格式
HTTP通过TCP协议进行传输的“粘包”问题的解决
- 设置指定字符作为 HTTP header 的边界
- 通过 Content-Length 字段标识报文长度
GET和POST的区别
- 请求目的不同：GET是从服务器获取数据，而POST是向服务器提交数据。
- 请求方式不同：GET请求将数据附加在URL的末尾作为查询参数发送（安全性低），而POST请求将数据包含在请求的正文中。
- 长度限制：GET的请求参数长度有限制，而POST请求则没有这个限制。
- 能否缓存：GET请求可以被缓存，而POST请求不会。
HTTP协议中安全和幂等的概念
- 安全：请求方法不会破坏服务器上的资源
- 幂等：多次执行相同的操作，结果都是相同的

缓存技术

原理：将请求-响应的数据缓存到本地，下次重复的HTTP请求直接从本地进行读取。
类型
- 强制缓存：同一个HTTP资源请求，只要浏览器判断上次请求的本地缓存没有过期，则直接使用
- 协商缓存：若强缓存过期，向服务器发送请求资源的问询，由服务器判断并响应，告诉浏览器该缓存是否可用
HTTP缓存详述
- 第一次请求服务器资源（请求资源，进行缓存）
  - 浏览器请求资源，服务器返回资源和响应头。
  - 响应头中包含 Expires字段 或 Cache-Control 字段，表示资源在客户端的有效缓存时间。（Cache-Control 的优先级高于 Expires）
- 第二次请求相同的资源（命中缓存，强制缓存）
  - 先通过请求资源的时间与 Cache-Control 中设置的过期时间大小，来计算出该资源是否过期，如果没有，则使用该缓存，否则重新请求服务器；
  - 服务器的响应报文会再次更新浏览器本地缓存资源的Cache-Control
  - 浏览器会返回成功码200(from disk cache)
- 第二次请求相同的资源（缓存过期，协商缓存）
  - 如果命中的 Cache-Control 过期，则通过最后修改的时间戳Last-Modified或者资源唯一标识Etag，向服务器发起该资源的请求(Etag的优先级更高，如果 Etag 有变化就不用在判断 Last-Modified )
  - 协商缓存这两个字段都需要配合强制缓存中 Cache-Control 字段来使用，只有在未能命中强制缓存的时候，才能发起带有协商缓存字段的请求。
  - 服务器收到请求后进行比对，如果资源没有变化返回 304，如果资源变化了返回 200。
为什么 ETag 的优先级比Last-Modified 更高？
- 在不修改文件内容而修改一些控制信息也会导致，客户端也会更新文件修改时间，从而重新请求
- 使用 Etag就能够保证这种需求下客户端在 1 秒内能刷新多次
- 有些服务器不能精确获取文件的最后修改时间
当使用 ETag 字段实现的协商缓存的过程
- 当浏览器第一次请求访问服务器资源时，服务器会在返回资源的同时，在 Response 头部加上 ETag 唯一标识，这个唯一标识的值是根据当前请求的资源生成的；
- 当浏览器再次请求访问服务器中的该资源时，首先会先检查强制缓存是否过期：
  - 如果没过期，则直接使用本地缓存；
  - 如果过期，重新请求该资源。会在 Request 头部加上 If-None-Match 字段，该字段的值就是 ETag 唯一标识；
- 服务器再次收到请求后，会根据请求中的 If-None-Match 值与当前请求的资源生成的唯一标识进行比较：
  - 如果值相等，则返回 304 Not Modified，不会返回资源；
  - 如果不相等，则返回 200 状态码和返回资源，并在 Response 头部加上新的 ETag 唯一标识；
- 如果浏览器收到 304 的请求响应状态码，则会从本地缓存中加载资源，否则更新资源。

HTTPS

HTTPS和HTTP的区别
- 传输安全
  - HTTP协议是不安全的明文传输。
  - HTTPS协议通过SSL/TLS层进行加密传输
- 申请问题：
  - HTTPS 协议需要向 CA（证书权威机构）申请数字安全证书，通常需要一定费用。
- 端口不同：http端口为80，https端口为443