《图解HTTP》读后笔记01

《图解HTTP》读后笔记01

1、TCP/IP 的分层管理

TCP/IP 协议族里重要的一点就是分层。TCP/IP 协议族按层次分别分 为以下 4 层：

（1）应用层

（2）传输层

（3）网络层

（4）数据链路层

把 TCP/IP 层次化是有好处的。比如，如果互联网只由一个协议统筹，某个地方需要改变设计时，就必须把所有部分整体替换掉。而分层之后只需把变动的层替换掉即可。把各层之间的接口部分规划好之后，每个层次内部的设计就能够自由改动了。

值得一提的是，层次化之后，设计也变得相对简单了。处于应用层上的应用可以只考虑分派给自己的任务，而不需要弄清对方在地球上哪个地方、对方的传输路线是怎样的、是否能确保传输送达等问题。

TCP/IP 协议族各层的作用如下。

应用层

应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。

TCP/IP 协议族内预存了各类通用的应用服务。比如，

FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）和 DNS（Domain Name System，域名系统）服务就是其中两类。

HTTP 协议也处于该层。

传输层

传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。

在传输层有两个性质不同的协议：

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和 UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）。

网络层（又名网络互连层）

网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线）到达对方计算机，并把数据包传送给对方。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时，网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线

链路层（又名数据链路层，网络接口层）

用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC（Network Interface Card，网络适配器，即网卡），及光纤等物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介）。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内

2、与 HTTP 关系密切的协议 : IP、TCP 和 DNS

（1）负责传输的 IP 协议

按层次分，IP（Internet Protocol）网际协议位于网络层。Internet Protocol 这个名称可能听起来有点夸张，但事实正是如此，因为几乎 所有使用网络的系统都会用到 IP 协议。TCP/IP 协议族中的 IP 指的就 是网际协议，协议名称中占据了一半位置，其重要性可见一斑。可能 有人会把“IP”和“IP 地址”搞混， “IP”其实是一种协议的名称。 IP 协议的作用是把各种数据包传送给对方。而要保证确实传送到对方 那里，则需要满足各类条件。其中两个重要的条件是 IP 地址和 MAC 地址（Media Access Control Address）。 IP 地址指明了节点被分配到的地址，MAC 地址是指网卡所属的固定 地址。IP 地址可以和 MAC 地址进行配对。IP 地址可变换，但 MAC 地址基本上不会更改。

使用 ARP 协议凭借 MAC 地址进行通信 IP 间的通信依赖 MAC 地址。在网络上，通信的双方在同一局域网 （LAN）内的情况是很少的，通常是经过多台计算机和网络设备中转 才能连接到对方。而在进行中转时，会利用下一站中转设备的 MAC 地址来搜索下一个中转目标。这时，会采用 ARP 协议（Address Resolution Protocol）。ARP 是一种用以解析地址的协议，根据通信方 的 IP 地址就可以反查出对应的 MAC 地址。

没有人能够全面掌握互联网中的传输状况

在到达通信目标前的中转过程中，那些计算机和路由器等网络设备只 能获悉很粗略的传输路线。

这种机制称为路由选择（routing），有点像快递公司的送货过程。想 要寄快递的人，只要将自己的货物送到集散中心，就可以知道快递公 司是否肯收件发货，该快递公司的集散中心检查货物的送达地址，明 确下站该送往哪个区域的集散中心。接着，那个区域的集散中心自会 判断是否能送到对方的家中。

我们是想通过这个比喻说明，无论哪台计算机、哪台网络设备，它们 都无法全面掌握互联网中的细节

（2）确保可靠性的 TCP 协议

按层次分，TCP 位于传输层，提供可靠的字节流服务。 所谓的字节流服务（Byte Stream Service）是指，为了方便传输，将大 块数据分割成以报文段（segment）为单位的数据包进行管理。而可 靠的传输服务是指，能够把数据准确可靠地传 给对方。一言以蔽之， TCP 协议为了更容易传送大数据才把数据分割，而且 TCP 协议能够 确认数据最终是否送达到对方。

确保数据能到达目标

为了准确无误地将数据送达目标处，TCP 协议采用了三次握手 （three-way handshaking）策略。用 TCP 协议把数据包送出去后，TCP 不会对传送后的情况置之不理，它一定会向对方确认是否成功送达

握手过程中使用了 TCP 的标志（flag） —— SYN（synchronize） 和 ACK（acknowledgement）。 发送端首先发送一个带 SYN 标志的数据包给对方。接收端收到后， 回传一个带有 SYN/ACK 标志的数据包以示传达确认信息。最后，发 送端再回传一个带 ACK 标志的数据包，代表“握手”结束。 若在握手过程中某个阶段莫名中断，TCP 协议会再次以相同的顺序发 送相同的数据包。

（3）负责域名解析的 DNS 服务

DNS（Domain Name System）服务是和 HTTP 协议一样位于应用层的 协议。它提供域名到 IP 地址之间的解析服务。 计算机既可以被赋予 IP 地址，也可以被赋予主机名和域名。比如 www.hackr.com。 用户通常使用主机名或域名来访问对方的计算机，而不是直接通过 IP 地址访问。因为与 IP 地址的一组纯数字相比，用字母配合数字的表 示形式来指定计算机名更符合人类的记忆习惯。

但要让计算机去理解名称，相对而言就变得困难了。因为计算机更擅 长处理一长串数字。

为了解决上述的问题，DNS 服务应运而生。DNS 协议提供通过域名 查找 IP 地址，或逆向从 IP 地址反查域名的服务。

（4）各种协议与 HTTP 协议的关系

3、URI 和 URL

与 URI（统一资源标识符）相比，我们更熟悉 URL（Uniform Resource Locator，统一资源定位符）。URL 正是使用 Web 浏览器等 访问 Web 页面时需要输入的网页地址。比如，下图的 http://hackr.jp/ 就是 URL

（1）统一资源标识符

URI 是 Uniform Resource Identifier 的缩写。RFC2396 分别对这 3 个单 词进行了如下定义。

Uniform

规定统一的格式可方便处理多种不同类型的资源，而不用根据上下文 环境来识别资源指定的访问方式。另外，加入新增的协议方案（如 http: 或 ftp:）也更容易。

Resource

资源的定义是“可标识的任何东西”。除了文档文件、图像或服务（例 如当天的天气预报）等能够区别于其他类型的，全都可作为资源。另 外，资源不仅可以是单一的，也可以是多数的集合体。

Identifier

表示可标识的对象。也称为标识符。

综上所述，URI 就是由某个协议方案表示的资源的定位标识符。协议 方案是指访问资源所使用的协议类型名称。

采用 HTTP 协议时，协议方案就是 http。除此之外，还有 ftp、mailto、telnet、file 等。标准的 URI 协议方案有 30 种左右，由隶属于国际互联网资源管理的非营利社团 ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers，互联网名称与数字地址分配机构）的 IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网号码分配局）管理颁布

URI 用字符串标识某一互联网资源，而 URL 表示资源的地点（互联 网上所处的位置）。可见 URL 是 URI 的子集。

4、持久连接节省通信量

为解决上述 TCP 连接的问题，HTTP/1.1 和一部分的 HTTP/1.0 想出了 持久连接（HTTP Persistent Connections，也称为 HTTP keep-alive 或 HTTP connection reuse）的方法。持久连接的特点是，只要任意一端 没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态

持久连接旨在建立 1 次 TCP 连接后进行多次请求和响应的交互

持久连接的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销，减轻了服务器端的负载。另外，减少开销的那部分时间，使 HTTP 请求和响应能够更早地结束，这样 Web 页面的显示速度也就相应提高了。

在 HTTP/1.1 中，所有的连接默认都是持久连接，但在 HTTP/1.0 内并未标准化。虽然有一部分服务器通过非标准的手段实现了持久连接， 但服务器端不一定能够支持持久连接。毫无疑问，除了服务器端，客户端也需要支持持久连接

持久连接使得多数请求以管线化（pipelining）方式发送成为可能。从 前发送请求后需等待并收到响应，才能发送下一个请求。管线化技术 出现后，不用等待响应亦可直接发送下一个请求。

这样就能够做到同时并行发送多个请求，而不需要一个接一个地等待响应了

不等待响应，直接发送下一个请求

比如，当请求一个包含 10 张图片的 HTML Web 页面，与挨个连接相 比，用持久连接可以让请求更快结束。而管线化技术则比持久连接还 要快。请求数越多，时间差就越明显

5、使用 Cookie 的状态管理

假设要求登录认证的 Web 页面本身无法进行状态的管理（不记录已 登录的状态），那么每次跳转新页面不是要再次登录，就是要在每次 请求报文中附加参 数来管理登录状态。

不可否认，无状态协议当然也有它的优点。由于不必保存状态，自然 可减少服务器的 CPU 及内存资源的消耗。从另一侧面来说，也正是 因为 HTTP 协议本身是非常简单的，所以才会被应用在各种场景里">HTTP 是无状态协议，它不对之前发生过的请求和响应的状态进行管 理。也就是说，无法根据之前的状态进行本次的请求处理。

假设要求登录认证的 Web 页面本身无法进行状态的管理（不记录已登录的状态），那么每次跳转新页面不是要再次登录，就是要在每次 请求报文中附加参数来管理登录状态。

不可否认，无状态协议当然也有它的优点。由于不必保存状态，自然 可减少服务器的 CPU 及内存资源的消耗。从另一侧面来说，也正是 因为 HTTP 协议本身是非常简单的，所以才会被应用在各种场景里

6、请求报文及响应报文的结构

7、提升传输速率

HTTP 在传输数据时可以按照数据原貌直接传输，但也可以在传输过 程中通过编码提升传输速率。通过在传输时编码，能有效地处理大量的访问请求。但是，编码的操作需要计算机来完成，因此会消耗更多的 CPU 等资源

8、与 HTTP 协作的 Web 服务

客户端使用 HTTP 协议访问服务器时，会经常采用类似 www.hackr.jp 这样的主机名和域名。

在互联网上，域名通过 DNS 服务映射到 IP 地址（域名解析）之后访 问目标网站。可见，当请求发送到服务器时，已经是以 IP 地址形式访问了。

所以，如果一台服务器内托管了 www.tricorder.jp 和 www.hackr.jp 这 两个域名，当收到请求时就需要弄清楚究竟要访问哪个域名。

在相同的 IP 地址下，由于虚拟主机可以寄存多个不同主机名和域名 的 Web 网站，因此在发送 HTTP 请求时，必须在 Host 首部内完整指定主机名或域名的 URI。

代理服务器的基本行为就是接收客户端发送的请求后转发给其他服务器。代理不改变请求 URI，会直接发送给前方持有资源的目标服务器，持有资源实体的服务器被称为源服务器。从源服务器返回的响应经过 代理服务器后再传给客户端。

每次通过代理服务器转发请求或响应时，会追加写入 Via 首部信息

在 HTTP 通信过程中，可级联多台代理服务器。请求和响应的转发会 经过数台类似锁链一样连接起来的代理服务器。转发时，需要附加 Via 首部字段以标记出经过的主机信息

使用代理服务器的理由有：利用缓存技术（稍后讲解）减少网络带宽的流量，组织内部针对特定网站的访问控制，以获取访问日志为主要目的，等等。

代理有多种使用方法，按两种基准分类。一种是是否使用缓存，另一 种是是否会修改报文。

利用网关可以由 HTTP 请求转化为其他协议通信

网关的工作机制和代理十分相似。而网关能使通信线路上的服务器提 供非 HTTP 协议服务。

利用网关能提高通信的安全性，因为可以在客户端与网关之间的通信线路上加密以确保连接的安全。比如，网关可以连接数据库，使用 SQL 语句查询数据。另外，在 Web 购物网站上进行信用卡结算时， 网关可以和信用卡结算系统联动

隧道可按要求建立起一条与其他服务器的通信线路，届时使用 SSL 等 加密手段进行通信。隧道的目的是确保客户端能与服务器进行安全的 通信。

隧道本身不会去解析 HTTP 请求。也就是说，请求保持原样中转给之后的服务器。隧道会在通信双方断开连接时结束。

通过隧道的传输，可以和远距离的服务器安全通信。隧道本身是透明的，客户端不用在意隧道的存在

HTTP TCP/IP 网络

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