http协议- HTTP/0.9, HTTP/1.0, HTTP/1.1, Keep-Alive, Upgrade, and HTTPS的发展简史

原文：https://medium.com/platform-engineer/evolution-of-http-69cfe6531ba0
译文：

了解http是如何在真实世界工作的

Disclaimer: This article focuses on explaining some underlying implementation details of HTTP, which will be helpful for readers to better understand my blog article — “Web API Design with HTTP and Websockets”

Web API Design with HTTP and Websockets
HTTP, REST, Polling, Streaming, Websockets, SSE, Push, and Comparisons between today’s web communication protocolsmedium.com
在1989 – 1991年由 Tim Berners-Lee 在 CERN（欧洲核子研究组织） 发明的HTTP（超文本传输​​协议）是万维网的底层通信协议。HTTP在客户端 – 服务器计算模型中用作请求 – 响应协议。HTTP标准由互联网工程任务组（IETF）和万维网联盟（W3C）开发，最终发布了一系列征求意见稿（RFC）。HTTP有四个版本 – HTTP / 0.9，HTTP / 1.0，HTTP / 1.1和HTTP / 2.0。今天常用的版本是HTTP / 1.1，未来将是HTTP / 2.0。

HTTP / 0.9 – 单行协议

  • HTTP的初始版本 – 一种简单的客户端服务器，请求响应和远程协议
  • 请求性质：单行（方法+请求文档的路径）
  • 支持的方法：GET仅限
  • 响应类型：仅限超文本
  • 连接性质：响应后立即终止
  • 没有HTTP标头（不能传输其他内容类型文件），没有状态/错误代码，没有URL，没有版本
$> telnet ashenlive.com 80
(Connection 1 Establishment - TCP Three-Way Handshake)
Connected to xxx.xxx.xxx.xxx
(Request)
GET /my-page.html
(Response in hypertext)
<HTML>
A very simple HTML page
</HTML>
(Connection 1 Closed - TCP Teardown)

流行的Web服务器（Apache，Nginx）仍支持HTTP / 0/9。尝试打开Telnet会话并访问google.com

HTTP / 1.0 – 拥有扩展性

  • 浏览器友好的协议
  • 提供的头字段包括有关请求和响应的丰富元数据（HTTP版本号，状态代码，内容类型）
  • 回应：不限于超文本（Content-Type头文件提供传输纯HTML文件以外的文件的能力 – 例如脚本，样式表，媒体）
  • 支持的方法：GET ，HEAD ，POST
  • 连接性质：响应后立即终止
(Connection 1 Establishment - TCP Three-Way Handshake)
Connected to xxx.xxx.xxx.xxx
(Request)
GET /my-page.html HTTP/1.0 
User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1)
(Response)
HTTP/1.0 200 OK 
Content-Type: text/html 
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 01 Dec 1997 16:00:00 GMT
Last-Modified: Wed, 1 May 1996 12:45:26 GMT
Server: Apache 0.84

<HTML> 
A page with an image
  <IMG SRC="/myimage.gif">
</HTML>
(Connection 1 Closed - TCP Teardown)
------------------------------------------
(Connection 2 Establishment - TCP Three-Way Handshake)
Connected to xxx.xxx.xxx.xxx
(Request)
GET /myimage.gif HTTP/1.0
User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1)

(Response)
HTTP/1.0 200 OK 
Content-Type: text/gif 
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 01 Dec 1997 16:00:00 GMT
Last-Modified: Wed, 1 May 1996 12:45:26 GMT
Server: Apache 0.84
[image content]
(Connection 2 Closed - TCP Teardown)

HTTP / 0.9和HTTP / 1.0中的主要问题-为每个请求建立新连接

HTTP / 0.9和HTTP / 1.0都需要为每个请求打开一个新连接（并在发送响应后立即关闭它）。每次建立新的连接时，TCP三方握手也应该发生。为了获得更好的性能，减少客户端和服务器之间的这些往返行为至关重要。HTTP / 1.1通过持久连接解决了这个问题。


一个典型的TCP三次握手（查看TCP状态机如何改变其状态）来自  lwn.net

HTTP / 1.1 – 标准化协议

  • 这是目前常用的HTTP版本。
  • 引入了关键性能优化和功能增强 – 持久和流水线连接，分块传输，压缩/解压缩，内容协商，虚拟主机（具有多个域的单个IP地址的服务器），通过添加缓存支持更快的响应和更大的带宽节省。
  • 支持的方法：GET ，HEAD ，POST ，PUT ，DELETE ，TRACE ，OPTIONS
  • 连接性：保持连接
(Connection 1 Establishment - TCP Three-Way Handshake)
Connected to xxx.xxx.xxx.xxx
(Request 1)
GET /en-US/docs/Glossary/Simple_header HTTP/1.1
Host: developer.mozilla.org
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.9; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Referer: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/Simple_header

(Response 1)
HTTP/1.1 200 OK
Connection: Keep-Alive
Content-Encoding: gzip
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Date: Wed, 20 Jul 2016 10:55:30 GMT
Etag: "547fa7e369ef56031dd3bff2ace9fc0832eb251a"
Keep-Alive: timeout=5, max=1000
Last-Modified: Tue, 19 Jul 2016 00:59:33 GMT
Server: Apache
Transfer-Encoding: chunked
Vary: Cookie, Accept-Encoding

[content]

(Request 2)
GET /static/img/header-background.png HTTP/1.1
Host: developer.cdn.mozilla.net
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.9; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
Accept: */*
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Referer: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/Simple_header

(Response 2)
HTTP/1.1 200 OK
Age: 9578461
Cache-Control: public, max-age=315360000
Connection: keep-alive
Content-Length: 3077
Content-Type: image/png
Date: Thu, 31 Mar 2016 13:34:46 GMT
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2015 18:27:50 GMT
Server: Apache

[image content of 3077 bytes]
(Connection 1 Closed - TCP Teardown)

在建立任何连接之前，会发生TCP三次握手。最后，在将所有数据发送到客户端之后，服务器发送一条消息，表示没有更多数据要发送。然后客户端关闭连接（TCP拆卸）。HTTP / 1.0中的问题是，对于每个请求 – 响应周期，都需要打开和关闭连接。而使用HTTP / 1.1的优点是，我们可以重复使用相同的开放连接来处理多个请求 – 响应周期。（图片来自informit.com）

Keep-Alive和Upgrade 头字段

Keep-Alive 报头

  • Keep-Alive报头在HTTP/ 1.1之前就已经使用（需要显示指明），到了HTTP / 1.1时Keep-Alive成为默认行为。Keep-Alive头可用于定义主机之间长期通信的策略（即允许连接保持活动状态直到发生事件）。为现代Web通信协议中的持久性，可重用连接，流水线和更多增强功能奠定了基础。
  • 客户端，服务器或任何中介都可以为Keep-Alive 添加额外信息。此外，主机可以添加timeout并max以设置一个超时或每个连接限制最大请求数参数。
HTTP/1.1 200 OK
Connection: Keep-Alive
Content-Encoding: gzip
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Date: Thu, 11 Aug 2016 15:23:13 GMT
Keep-Alive: timeout=5, max=1000
Last-Modified: Mon, 25 Jul 2016 04:32:39 GMT
Server: Apache

[body]

来自ietf.org的例子展示了如何使用Keep-Alive头文件。所有连接都是独立协商的。客户端指示600秒（10分钟）的超时，但代理仅准备保持连接至少120秒（2分钟）。在代理和服务器之间的链接上，代理请求超时1200秒，服务器将其减少到300秒。如本例所示，代理维护的超时策略对于每个连接都不相同。每个连接跳是独立的。

  • 凭借Keep-Alive行为，HTTP流水线，多连接复用以及更多的改进才能实现。

HTTP流水线和多个并行连接（图片来自informit.com）

Upgrade 头字段

  • 使用UpgradeHTTP / 1.1中引入的头文件，可以使用常用协议（如HTTP / 1.1）启动连接，然后请求连接切换到增强协议类型（如HTTP / 2.0或WebSockets）。
  • 在升级的协议连接中，max不存在参数（最大请求计数）。升级后的协议可以为timeout参数提供新的策略（如果没有明确定义，它使用底层协议中的默认超时值）。
这个来自ietf.org的例子显示了从HTTP / 1.1到WebSocket [RFC6455] 的升级中包含的头文件。通过websocket升级，每跳中的连接不能在中介的任何一边都有独立的生命周期。升级后，超时策略不能独立于每个连接。代理调整超时值以反映客户端和代理策略设置的值中较低的值，以便服务器知道连接特征; 同样，来自服务器的值被提供给客户端。这个叫逐跳首部 。

第6章 HTTP头部
  • End-to-end 端到端头部
    此类头部字段会转发给 请求/响应 的最终接收目标。
    必须保存在由缓存生成的响应头部。
    必须被转发。
  • Hop-by-hop 逐跳首部
    此类头部字段只对单次转发有效。会因为转发给缓存/代理服务器而失效。
    HTTP 1.1 版本之后，如果要使用Hop-by-hop头部字段则需要提供Connection字段。
    除了一下8个字段为逐跳字段，其余均为端到端字段。

    • Connection
    • Keep-Alive
    • Proxy-Authenticate
    • Proxy-Authenrization
    • Trailer
    • TE
    • Tranfer-Encoding
    • Upgrade

来自 https://blog.csdn.net/u010369338/article/details/69397307

HTTPS

  • 超文本传输​​协议安全（HTTPS）是HTTP的安全版本。它使用SSL / TLS进行安全加密通信。
  • SSL（安全套接字层）最初由Netscape在20世纪90年代中期开发，是对HTTP的加密协议增强，它定义了客户端和服务器应如何安全地相互通信。TLS（传输层安全）是SSL的后继者。
  • 通过为客户端和服务器之间的通信提供双向加密，HTTPS连接可以保护数据传输免受中间人攻击和常见安全威胁的侵害。

来自msdn.microsoft.com上 SSL握手的图解表示 - TCP连接> SSL / TLS客户端Hello> SSL / TLS服务器Hello> SSL / TLS证书> SSL / TLS客户端密钥交换> SSL / TLS新会话票证> HTTPS加密数据交换

 HTTPS中的主要问题 – SSL / TLS握手

  • 虽然HTTPS的设计是安全的，但SSL / TLS握手过程在建立HTTPS连接之前会消耗大量时间。它通常需要1-2秒，并且会大大降低网站的启动性能。

HTTP / 2.0和未来

如今，主要的Web服务器和浏览器都在使用上述所有功能。但是像HTTP / 2.0，服务器端事件（SSE）和Websockets等现代增强功能改变了传统HTTP的工作方式。在我的下一篇关于使用HTTP和Websockets的Web API设计的文章中，我们将讨论如何在实际项目中选择它们。

References:

  1. Evolution of HTTP — MDN Web Docs
  2. Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Keep-Alive Header — ietf.org
  3. Protocol upgrade mechanism — MDN Web Docs
  4. Brief History of HTTP — High Performance Browser Networking (hpbn.co)
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