HTTP 多个版本

了解一下各个版本的HTTP。

上个世纪90年代初期，蒂姆·伯纳斯-李（Tim Berners-Lee）及其 CERN的团队共同努力，制定了互联网的基础，定义了互联网的四个构建模块：

  • 超文本文档格式（HTML）

  • 数据传输协议（HTTP）

  • 用于查看超文本的网络浏览器（第一个浏览器，WorldWideWeb）

  • 用于传输数据的服务器（httpd的早期版本）

HTTP重用了现有的 TCP/IP 协议来进行数据传输，其中 HTTP 消息字节位于应用层，如下图中的浅蓝色所示。

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1、HTTP/0.9

这是第一个 HTTP草案。它只有一个 GET方法，也不支持头部或状态代码；唯一可用的数据格式是 HTML。就像 HTTP/1.0和 HTTP/1.1一样，HTTP消息以 ASCII文本结构呈现。

HTTP/0.9请求的示例：

GET /mypage.html

响应示例：

<html>A verysimple HTML page</html>

2、HTTP/1.0

这个版本定义了现在所用的 HTTP结构，类似于一份备忘录，同时引入了新的方法（HEAD和POST）、MIME类型、状态码和协议版本。

HTTP/1.0请求的示例：​​​​​​​

GET /mypage.html HTTP/1.0User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1)

响应示例：​​​​​​​

200 OKDate: Tue, 15 Nov 1994 08:12:31 GMTServer: CERN/3.0 libwww/2.17Content-Type: text/html<HTML>A page with an image<IMGSRC="/myimage.gif"></HTML>

3、HTTP/1.1

这个版本于1997年初推出，距离其前身只有几个月。主要变化包括：

  • 持久的TCP连接（keep-alive），可以节省机器和网络资源。在之前的版本中，每个请求都要打开一个新的TCP连接，并在响应后关闭。

  • Host头部，支持在同一个IP下有多个服务器。

  • 有关编码、缓存、语言和MIME类型的头部约定。

HTTP/1.1请求的示例：​​​​​​​

GET /api/fruit/orange HTTP/1.1Host: www.fruityvice.comAccept-Encoding: gzip, deflate, br

响应示例：​​​​​​​

HTTP/1.1 200 OKServer: nginx/1.16.1Date: Sun, 10 Mar 2024 20:44:25 GMTTransfer-Encoding: chunkedConnection: keep-aliveX-Content-Type-Options: nosniffX-XSS-Protection: 1; mode=blockCache-Control: no-store, must-revalidate, no-cache,max-age=0Pragma: no-cacheX-Frame-Options: DENYContent-Type: application/jsonExpires: 0{"name":"Orange","id":2,"family":"Rutaceae","order":"Sapindales","genus":"Citrus","nutritions":{"calories":43,"fat":0.2,"sugar":8.2,"carbohydrates":8.3,"protein":1.0}}

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4、HTTP/2

2015年，在对互联网性能进行多年观察和研究后，人们基于谷歌的 SPDY协议，提出并建立了 HTTP/2。

它与 HTTP/1.1有很多不同，包括将多个消息复用到单个 TCP数据包中、消息的二进制格式以及用于头部的 HPACK压缩。

在 HTTP/1.1中，两个请求不能共享同一个 TCP连接，必须等待第一个请求结束后才能开始后续请求。这被称为头部阻塞。在下面的图表中，由于只使用了一个 TCP连接，请求2必须等到响应1到达之后才能发送。

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HTTP/2通过流（stream）解决了这个问题，每个流对应一个消息。许多流可以交错在单个 TCP数据包中。如果某个流由于某种原因无法发送其数据，其他流可以在 TCP数据包中顶替它。

HTTP/2的流被分成帧（frame），每个帧包含：帧类型、它所属的流以及长度（以字节为单位）。在下面的图表中，彩色矩形是一个 TCP数据包，✉ 代表其中的一个 HTTP/2帧。第一个和第三个 TCP数据包携带了不同流的帧。

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下面的图像展示了帧如何放置在 TCP数据包中。流1携带了一个 JavaScript文件的 HTTP响应，而流2携带了一个 CSS文件的 HTTP响应。

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5、HTTP/3

HTTP/3诞生于一个名为 QUIC的新传输协议，该协议由谷歌于2012年创建。QUIC被封装在 UDP内，与 TCP相比，它有以下优点：

  • 建立连接和TLS身份验证的往返包数量更少；

  • 在处理数据包丢失方面具有更强的连接韧性；

  • 解决了TCP和TLS中存在的头部阻塞问题。

HTTP/2解决了 HTTP头部阻塞问题，但是，这个问题在 TCP和 TLS中也存在。TCP认为它需要发送的数据是一系列连续的数据包，如果有任何数据包丢失，必须重新发送，以保持信息的完整性。在 TCP中，直到丢失的数据包成功重新发送到目的地之前，后续的数据包都不能被发送。

下面的图示直观地解释了在 HTTP/2中这种情况是如何发生的。第二个数据包只包含了响应1的帧，但是它的丢失延迟了响应1和响应2，这意味着在这种情况下没有并行处理。

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为了解决 TCP的头部阻塞问题，QUIC决定使用 UDP作为传输协议，因为UDP不保证到达。在TCP中作为传输层的数据完整性责任被移至QUIC的应用层，消息的帧可以无序到达，而不会阻塞不相关的流。

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与 TCP相关的 TLS（SSL）中的头部阻塞是因为加密通常应用于整个消息内容，这意味着需要接收所有数据之后才能进行解密。使用 QUIC时，加密是针对每个 QUIC数据包的，到达时就可以进行解密，而无需预先接收所有数据包。

带有 TLS的 TCP：

1. 输入：A+B+C

2. 加密：crypt(A+B+C) = D+E+F

3. 数据包：D, E, F

4. 接收：decrypt(D+E+F)

5. A+B+C

带有TLS的QUIC：

1. 输入：A+B+C

2. 加密：crypt(A) = X, crypt(B) = Y, crypt(C) = Z

3. 包：X, Y, Z

4. 接收：decrypt(X) + decrypt(Y) + decrypt(Z)

5. A+B+C

6、比较表

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* TLS 1.2需要2次往返进行加密握手，而 TLS 1.3只需要1次，还有 0-RTT（零往返时间恢复）选项，其中不需要先前的握手。然而，0-RTT会导致重放攻击，因此是不安全的。

** QUIC的连接 ID可能被用于指纹识别，一项研究指出，这存在对用户隐私的风险。

7、哪个版本最好？

目前最好的两个版本是 HTTP/2和 HTTP/3。

HTTP/3是为不稳定的连接设计的，例如手机和卫星网络。为了应对网络不稳定性，QUIC在数据流之间具有很高的独立性，并且在丢包时具有很好的弹性。然而，HTTP/3也存在性能损失，主要是因为1）由于 UDP的使用率较低，路由器和操作系统在过去几十年里没有对 UDP协议进行优化，使其相对于 TCP而言速度较慢；2）QUIC使用逐个数据包的加密需要更多的数学运算，效率低于 TCP中使用的整个消息加密。此外，UDP协议在某些网络中受到限制，以防止诸如  UDP洪水攻击和 DNS放大攻击等攻击。

在可靠和稳定的连接上，HTTP/2通常比 HTTP/3提供更好的性能。

一般来说，建议进行兼容性和性能测试，以确定哪个版本最合适。此外，服务器可以接受 HTTP/2和 HTTP/3连接，让客户端决定使用哪个版本。

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