图解 HTTP 笔记(一)——了解 Web 及网络基础

本章内容:Web 建立在何种技术之上,HTTP 协议如何诞生并发展?

一、Web 基于 HTTP 通信

Web 使用一种名为 HTTP (HyperText Transfer Protocol,超文本传输协议)的协议作为规范,协议指的是对一些规则的约定。可以说 Web 是建立在 HTTP 协议上通信的。

二、HTTP 的诞生

2.1 诞生背景

这一节主要讲 HTTP 的诞生背景,了解 HTTP 协议的诞生背景有利于我们学习理解 HTTP 协议。

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HTTP 起初的诞生是为了知识共享,最初设想的基本理念是借助多文档之间的相互关联形成的超文本,连成可互相参阅的 WWW(World Wide Web,万维网)。

现在已经提出了三项构建技术:

  • 把 SGML,即 Standard Generalized Markup Language(标准通用标记语言) 作为页面的文本标记语言的 HTML(HyperText Markup Language,超文本标记语言);
  • 作为文档传输协议的 HTTP;
  • 指定文档所在地址的 URL(Uniform Resource Location,统一资源定位符)。

可以看出来上面三项分别构成了知识共享的内容(HTML)、知识共享的方式(HTTP 传输)和知识共享的位置。

2.2 发展缓慢的 HTTP

HTTP/0.9

HTTP 诞生于 1990 年,此时还没有作为正式标准,此时的 HTTP 含有 HTTP/1.0 之前版本的意思,所以成为 HTTP/0.9。

HTTP/1.0

1996 年 5 月,HTTP 被正式作为标准,版本被命名为 HTTP/1.0。

HTTP/1.1

1997 年 1 月发布了 HTTP/1.1 版本,至今仍然是主流的 HTTP 协议。

由此可见,作为 Web 文档传输协议的 HTTP 协议版本更新十分缓慢,新一代的 HTTP 2.0 还在制定中,但是要大规模覆盖,还需要假以时日。

HTTP 2.0

HTTP/2.0 相比1.0有哪些重大改进?

HTTP 协议起初的诞生是为了解决文本传输的问题,现在已经超出了 Web 的界限,运用在许多场景。

2.3 网络基础 TCP/IP

计算机之间要进行通信,需要基于相同的方法,比如如何探测目标、哪一边先发起通信、使用什么语言通信、什么时候结束通信等等。所有的这一切都需要事先约定好,所以约定的规则就被称为协议(protocol)。

一种说法认为 TCP/IP 指的是 TCP 和 IP 两种协议,另一种说法认为是指在 IP 协议通信的过程中所用到的协议族的同称,该书偏向于后一种说法。

2.3.1 TCP/IP 的分层管理

TCP/IP 协议族最重要的一点就是分层管理,通常来说分为四层:应用层、传输层、网络层和数据链路层。

分层管理的最大好处就是将各个阶段的数据传输进行了隔离解耦,类似于编程时的模块化。处于某一层的应用只需要考虑该层所需要完成的任务,而不用管其他多余的事情。这样做使得各层协议的实现也变得*了,要修改某一层的协议时,只需要修改该层的协议而不用涉及到其他层级的协议。

各层的作用如下:

  • 应用层,决定向用户提供应用服务时的通信活动。HTTP、FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议)和 DNS(Domain Name System,域名解析系统)都属于该层。
  • 传输层,相对于上一层的应用层,该层提供处于网络连接中的两台计算机的数据传输。该层协议主要是 TCP(Transmission Control Protocol) 和 UDP(User Data Protocol)。
  • 网络层,用于处理网络上流动的数据包(数据传输的最小单位),该层规定了通过怎样的路径到达对方计算机,并把数据传送给对方。该层协议主要是 IP 协议和 ARP(Address Solution Protocol) 协议。
  • 链路层,用于处理网络连接的硬件部分,包括操作系统、设备驱动等,硬件上的范畴基本都在链路层的范围内。该层主要协议为以太网协议(Ethernet)。

关于网络分层的更多内容:https://www.cnblogs.com/DM428/p/7029467.html

2.3.2 TCP/IP 通信传输流

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利用 TCP/IP 通信时,会通过分层顺序与对方进行通信。发送方的数据流从上往下走,接收方的数据流从下往上走。

在传输过程的每一层中,都会对数据进行装箱和拆箱。发送方在发送数据时,在 HTTP 应用层会添加 HTTP 传输首部,在传输层会添加 TCP 传输首部,在链路层会添加以太网首部。接收方会在链路层收到传输的数据,然后从下层往上层开始拆箱。一层一层的去掉首部,最后剩下发送方最初发送的数据。到达应用层时就算真正接收到了客户端发送的数据了。

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这种把数据信息包装起来的方法称为封装(encapsulate)。

2.3.3 与 HTTP 关心密切的协议:IP、TCP 和 DNS

IP 协议

IP 协议负责网络传输,处于网络层。IP 不是 IP 地址,我们通常说的 IP 是一种协议。IP 地址指明了节点被分配到的地址,MAC 地址是网卡所属的固定地址,每块网卡出厂时,都有一个世界独一无二的MAC地址,长度是48个二进制位,用 12个十六进制位数表示。IP 地址可以和 MAC 地址配对,但是同一台机器 IP 地址可能会变,MAC 是固定不变的。

IP 间的通信依赖 MAC 地址,实际生活中同一局域网内的网络通信比较少,大部分都是广域网的通信,数据需要经过多个节点路由的转发才能到达目的地。而在中转时,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),根据对方的 IP 地址即可查出对应的 MAC 地址,但是两台设备必须在同一个子网内。

数据在网络中的传输类似于现实生活中的快递运输,中转设备就类似于物流中转中心。快递到达一个中转站之后,中转站会判断下一个中转站的地址然后继续进行派送,直到到达客户所在的中转站。

TCP 协议

TCP 位于传输层,提供可靠的字节流服务。

字节流服务(Byte Stream Service)是指为了传输方便,把大块的数据切割成以报文段(segment)为单位的数据包进行管理。TCP 的可靠之处在于它会确保数据被送到了接收方。

为了确保数据被准确无误地送到了接收方,TCP 采用了三次握手(three-way handshaking)的策略。握手过程中包含了两个重要的标志(flag)——SYN(synchronize)和 ACK(acknowledgement)。

发送端会先发送一个带有 SYN 的数据包给对方,接收端接收到数据之后返回一个 带有 SYN/ACK 标志的数据包给发送端,最后发送端再传回一个带有 ACK 标志的数据包表示“握手”结束。如果握手意外结束,那么 TCP 协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

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除了以上三次握手,TCP 还有其他方法确保可靠性。

DNS

DNS 也位于应用层,它提供域名解析服务。能够把域名解析为 IP 地址。

各种协议与 HTTP 之间的关系:

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2.3.4 URI 和 URL

URI(Uniform Resource Identifier,统一资源标识符)RFC2396 对名称中的三个单词做了解释:

  • Uniform,规定统一的格式可方便处理不同的资源,而不用根据上下文环境来识别资源指定的访问方式,另外加入新的协议(http、ftp)也更容易。
  • Resource,指任何可标识的东西。不仅限于文档、图片或服务。
  • Identifier,表示可标识的对象,也称为标识符。

除了 HTTP 外,URI 还可以使用 mailto、ftp、telnet 等协议方案。

URI 用字符串标识某一互联网资源,而 URL 用字符串标识资源的地点。所以 URL 是 URI 的子集。

URI 的格式

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其中:

  • 登录信息(认证)指定用户名密码作为从服务端获取资源时的登录信息,此项可选。
  • 服务器地址,可以是域名、IP。
  • 服务器端口号,指定服务器连接的网络端口号,此项可选,省略时用默认端口号。
  • 带层次的文件路径,指定服务器上资源的文件路径。
  • 查询字符串,通过查询字符串可以传入参数。
  • 片段标识符,指定已获取资源中的子资源(文档内的某个位置)。
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