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原文連線：dunizb.com/2017/12/08/…
從本文你將看到：HTTP是幹嘛用的？怎樣和伺服器通訊？HTTP的基本性質？HTTP能控制什麼？基於HTTP三大元件系統？HTTP 和 TCP 之間的關係？HTTP 協議如何使用 TCP 連線？
本文沒什麼高深的東西，就是把一些概念整理了一下，大牛可以飄過，不喜勿噴
一、什麼是HTTP
HTTP是幹嘛用的？
HTTP學名叫做超文字傳輸協議，是一個網路協議。
是專門用來幫你傳輸諸如 HTML 的超媒體文件等 Web 內容滴。因為 HTML 本身就是超文字標記語言，HTML 中不僅有文字還有圖片、音視訊等內容，所以用來傳輸它的協議當然就叫超文字傳輸協議了。
比如你訪問俺的部落格的主頁，瀏覽器位址列會出現如下的網址：http://dunizb.com/，加了粗體的部分就是指 HTTP 協議。大部分網站都是通過 HTTP 協議來傳輸 Web 頁面、以及 Web 頁面上包含的各種東東（圖片、CSS 樣式、JS 指令碼）。
它基於 TCP/IP 的應用層協議。它被設計用於Web瀏覽器和Web伺服器之間的通訊，但它也可以用於其他目的。
它是 Web 上資料交換的基礎，是一種 client-server 協議，也就是說請求通常是由像瀏覽器這樣的接受方發起的。一個完整的 web文件是由不同的子文件重新組建而成的，像是文字、佈局描述、圖片、視訊、指令碼等等。
怎樣和伺服器通訊？
- HTTP遵循經典的客戶端-服務端模型，客戶端開啟一個連線以發出請求，然後等待它收到伺服器端響應。 HTTP是無狀態協議，意味著伺服器不會在兩個請求之間保留任何資料（狀態）。
- 客戶端和服務端通過交換各自的訊息（與資料流正好相反）來進行互動。通常由像瀏覽器這樣的客戶端發出的訊息叫做 requests，那麼被服務端迴應的訊息就叫做 responses。
HTTP 被設計於上20世紀90年代初期，是一種可擴充套件性的協議。它是應用層的協議，雖然理論上它可以通過任何可靠的傳輸協議來傳送，但是它還是通過 TCP，或者是 TLS－加密的TCP連線來傳送。因為它很好的擴充套件性，時至今日它不僅被用來傳輸超文字文件，還用來傳輸圖片、視訊或者向伺服器傳送如 HTML 表單這樣的資訊。HTTP 還可以根據網頁需求，來獲取部分web文件的內容來更新網頁。
HTTP遵循經典的客戶端-服務端模型，客戶端開啟一個連線以發出請求，然後等待它收到伺服器端響應。 HTTP是無狀態協議，意味著伺服器不會在兩個請求之間保留任何資料（狀態）。雖然通常基於TCP / IP層，但可以在任何可靠的傳輸層上使用;也就是說，一個不會靜默丟失訊息的協議，如UDP。
二、HTTP的基本性質
總述：HTTP是簡單的、可擴充套件、無狀態的
HTTP 是簡單的
即便在HTTP/2中把HTTP訊息封裝到了frames中，HTTP大體上還是被設計成可讀的而且簡單的。HTTP的訊息能夠讓人讀懂且明白它的意思，還允許簡單的測試，放低了門檻，更有利於新來者瞭解。
HTTP 是可擴充套件的
在HTTP/1中就出現了, HTTP headers 讓協議擴充套件變得非常容易。只要服務端和客戶端在新的headers上語義達成一致，新的功能就可以輕鬆地被加進來。
HTTP 是無狀態，有會話的
HTTP是無狀態的：在同一個連線中，兩個成功執行的請求之間是沒有關係的。這就帶來了一個問題，使用者沒辦法在一個網站進行連續的互動，比如在一個電商網站裡，使用者把某個商品加入了購物車中，換了一個頁面後再次新增商品，兩次新增商品的請求沒有聯絡，瀏覽器無法知道終端使用者都選擇了哪些商品。而用HTTP的頭部擴充套件，HTTP Cookies就可以解決這個問題（將在後面介紹）。把Cookies新增到頭部中，建立一個會話來讓每次請求都能共享相同的上下文資訊，相同的狀態。而HTTP的核心是無狀態的，cookies的使用可以建立有狀態的會話。
三、HTTP能控制什麼
多年以來，HTTP良好的擴充套件性控制著越來越多Web的功能。快取和認證方式很早就可以由HTTP來控制了。另一方面，對同源同域的限制到2010年才有所改變。
下面就是可以用HTTP來控制的常見特性。
快取
文件怎麼快取能夠通過HTTP來控制。服務端能告訴代理和客戶端什麼需要被快取，快取多久，而客戶端能夠根據請求條件首部欄位（如If-Modified-Since、If-Match等）來忽略儲存的文件。
開放同源限制
為了防止網路窺聽和其它的隱私洩漏，瀏覽器強制對Web網站做了分割限制。只有來自於相同來源的網頁才能夠獲取網站的全部資訊。這樣的限制有時反而成了負擔，HTTP可以通過修改頭部來開放這樣的限制，因此web文件可以是由不同域下的資訊拼接成的（在某些情況下，這樣做還有安全因素考慮在裡面）。
認證
一些頁面能夠被保護起來，僅讓特定的使用者進行訪問。基本的認證功能可以直接通過HTTP提供，使用Authenticate相似的頭部就可以，或者用HTTP cookies來設定指定的會話。
代理和隧道
通常情況下，伺服器和/或客戶端是處於內網的，對其它（外網）隱藏其真實 IP 地址。因此 HTTP 請求就要通過代理越過這個網路屏障。但並非所有的代理都是 HTTP 代理。例如，SOCKS協議的代理就運作在更底層。一些像 ftp 其它的協議也能夠被它們處理。
Cookies Cookies用一個服務端的狀態連線起了每一個請求。這就建立了會話，雖然基本的HTTP是無狀態協議。這很有用，不僅是因為能用到購物車這樣的電商業務上，更是因為，它使得任何網站都能夠配置頁面展現的東西了。
四、基於HTTP三大元件系統
客戶端：user-agent
嚴格意義來說，user-agent 就是任何能夠為使用者發起行為的工具。但實際上，這個角色通常都是由瀏覽器來扮演。對於發起請求來說，瀏覽器總是作為發起一個請求的實體，而永遠不是伺服器（雖然一些機制已經能夠模擬伺服器發起請求的訊息了）。
Web服務端
在上述通訊過程的另一端，就是一個Web Server來服務並提供客戶端請求的文件。Server只是虛擬意義上：它可以是許多共同分擔負載（負載平衡）的一組伺服器組成的計算機群，也可以是一種複雜的軟體，通過向其他計算機發起請求來獲取部分或全部資源的軟體。
Server不再只是一個單獨的機器，它可以是在同一個機器上裝載的許多服務之一。在HTTP/1.1和Host頭部中，它們甚至可以共享同一個IP地址。
Proxies 代理
在瀏覽器和伺服器之間，有許多計算機和其他裝置轉發了HTTP的訊息。因為Web棧層次結構的原因，它們大多數都出現在傳輸層、網路層和物理層上，對於HTTP的應用層來說就是透明的（雖然它們可能會對應用層的效能有重要影響）。而還有一部分表現在應用層上的，就叫做proxies了。Proxies既可以表現得透明，又可以不透明（看請求是否通過它們），主要表現在這幾個功能上：
- 快取（可以是公開的或是私有的，像瀏覽器的快取）
- 過濾（像反病毒掃描，家長監護）
- 負載均衡，讓多個伺服器服務不同的請求
- 對不同資源的許可權控制
- 登陸，允許儲存歷史資訊
每一個傳送到伺服器的請求，都會被伺服器處理並且返回一個訊息，也就是response。在client與server之間，還有許許多多的被稱為proxies的實體，他們的作用與表現各不相同，比如有些是閘道器，還有些是caches等。
實際上，在一個瀏覽器和處理請求的伺服器之間，還有計算機、路由器、調變解調器等等許多實體。由於Web的層次設計，那些在網路層和傳輸層都不可見了。HTTP是在最上層應用層中的，雖然下面的層次對分析網路問題非常重要，但是對HTTP的描述來說，這些大多數都是不相關的。
五、HTTP 和 TCP 之間的關係
前面說過，HTTP是基於 TCP/IP 的，簡單地說，TCP 協議是 HTTP 協議的基石——HTTP 協議需要依靠 TCP 協議來傳輸資料。
在網路分層模型中，TCP 被稱為“傳輸層協議”，而 HTTP 被稱為“應用層協議”。有很多常見的應用層協議是以 TCP 為基礎的，比如“FTP、SMTP、POP、IMAP”等。
TCP 被稱為“面向連線”的傳輸層協議。關於它的具體細節，俺就不展開了（否則篇幅又失控了）。你只需知道：傳輸層主要有兩個協議，分別是 TCP 和 UDP。TCP 比 UDP 更可靠。你可以把 TCP 協議想象成某個水管，傳送端這頭進水，接收端那頭就出水。並且 TCP 協議能夠確保，先傳送的資料先到達（與之相反，UDP 不保證這點）。
六、HTTP 協議如何使用 TCP 連線？
HTTP 對 TCP 連線的使用，分為兩種方式：俗稱“短連線”和“長連線”（“長連線”又稱“持久連線”，洋文叫做“Keep-Alive”或“Persistent Connection”）
假設有一個網頁，裡面包含好多圖片，還包含好多 外部的 CSS 檔案和 JS 檔案。在“短連線”的模式下，瀏覽器會先發起一個 TCP 連線，拿到該網頁的 HTML 原始碼（拿到 HTML 之後，這個 TCP 連線就關閉了）。然後，瀏覽器開始分析這個網頁的原始碼，知道這個頁面包含很多外部資源（圖片、CSS、JS）。然後針對 每一個 外部資源，再分別發起一個個 TCP 連線，把這些檔案獲取到本地（同樣的，每抓取一個外部資源後，相應的 TCP 就斷開） 相反，如果是“長連線”的方式，瀏覽器也會先發起一個 TCP 連線去抓取頁面。但是抓取頁面之後，該 TCP 連線並不會立即關閉，而是暫時先保持著（所謂的“Keep-Alive”）。然後瀏覽器分析 HTML 原始碼之後，發現有很多外部資源，就用剛才那個 TCP 連線去抓取此頁面的外部資源。
在 HTTP 1.0 版本，預設使用的是“短連線”（那時候是 Web 誕生初期，網頁相對簡單，“短連線”的問題不大）.
到了1995年底開始制定 HTTP 1.1 草案的時候，網頁已經開始變得複雜（網頁內的圖片、指令碼越來越多了）。這時候再用短連線的方式，效率太低下了（因為建立 TCP 連線是有“時間成本”和“CPU 成本”滴）。所以，在 HTTP 1.1 中，預設採用的是“Keep-Alive”的方式。
七、一些術語
資源（resource）
Web資源是使用URL指向的Web內容。
- 內容可以是靜態的，如：文字檔案、HTML檔案、JPEG檔案。
- 或者是動態的內容。如：攝像頭的實時採集軟體生成的動態影像，使用者填寫的電子網站訂單。
資源型別
Web伺服器會為所有HTTP資源賦予一個型別，以便於HTTP軟體處理訊息主體。如，用 text/html 標記 html。可以再看兩個案例：
- text/plain :ASCII文字文件
- image/jpeg :JPEG版本的圖片
非常多的資源型別和文字標記的對應關係，一起構成了一個超長的清單，並且由RFC 2045標準化。此標準被稱為MIME。MIME是Multipurpose Internet Mail Extension的縮寫。雖然名稱很長，但是含義簡單，就是用來指定訊息內的實體型別的。之所以有Mail字樣，是因為最初設計是為了Mail的異構系統交換文件的。
資源標示符
URL是一種資源位置標示方法。URL描述了一個資源在伺服器上的位置。這就是一個合法的URL：http://example.com/part/index.htm。
- 第一部分：方案(scheme)。指明瞭訪問資源所使用的協議型別。這部分通常是HTTP協議(http://)。
- 第二部分：伺服器地址(比如，example.com）。
- 其餘部分指定了Web伺服器上的某個資源(比如，/part/index.htm)。
當在位址列輸入此資源名並回車後，使用者代理會把URL解析，把必要的資訊以HTTP協議的要求，打入請求訊息內。以http://www.example.com/index.html，變成
GET index.html HTTP/1.1
host:www.example.com
空行
複製程式碼開啟到www.example.com的tcp連線，併傳送此請求訊息給伺服器，然後等待伺服器響應並解析顯示給使用者。
更多URL、URI、URN詳細推薦閱讀：《你知道URL、URI和URN三者之間的區別嗎？》
HTTP事務
一個HTTP事務由一條請求訊息和一個響應訊息構成。
HTTP方法
HTTP支援幾種不同的請求命令，這些命令被稱為HTTP方法(HTTP method)。每條HTTP請求報文都包含一個方法。
狀態碼
每條HTTP響應訊息返回時都會攜帶一個狀態碼。狀態碼是一個三位數字的程式碼，告知客戶端請求是否成功，或者是需要採取其他行動。
訊息
從Web客戶端發往Web伺服器的HTTP報文稱為請求訊息。從伺服器發往客戶端的訊息稱為響應訊息。HTTP報文包括三部分：
起始行
首部欄位
主體
複製程式碼如傳送一個hello.htm 的資源給客戶端，請求訊息是：
GET /hello.html HTTP/1.1
複製程式碼請求訊息只有起始行，指明使用的HTTP方法、資源的URL，以及協議的版本。沒有首部欄位和主體。
響應訊息為：
HTTP/1.1 200 OK
X-Powered-By: Express
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Length: 22
ETag: W/"16-FmHX0hamHjYkHeAP/7PfzA"
Date: Thu, 03 Dec 2015 09:54:01 GMT
Connection: close
<h1>Hello, World!</h1>
複製程式碼這個訊息第一行為起始行，指明協議版本、狀態碼（200表示成功）和狀態說明（OK）。接下來一直到空行之間都是首部欄位，用來說明伺服器、資源型別、內容長度、生成文件時間等。空行後就是主體，這裡就是一個html檔案的內容。實際上，主體可以承載任何內容，而不限於文字。
總結
HTTP是一個簡單快速、靈活、無連線、無狀態的超文字傳輸協議。
HTTP是很簡單可擴充套件的一種協議。結合了輕鬆新增頭部資訊能力的Client-server結構使得HTTP可以和Web的功能擴充一同發展。
即使HTTP/2為了提高效能把HTTP報文嵌到幀中這一舉措增加了複雜度，但是從Web應用的角度來看，報文的基本結構是沒有變化的，從HTTP/1.0釋出起就是相同的。
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參考資料：