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HTTP/1.1、HTTPS、HTTP/2、HTTP/3

一、概述

  简单备忘录,论述一下HTTP/1.1、HTTPS、HTTP/2、HTTP/3的作用及演进过程,以便后续温故知新

二、HTTP协议的不足(HTTP/1.1) 

1.同一时间一个连接只能对应一个请求(http协议是请求应答模式,是可以复用链接,但是只有响应-应答后,才能进行下一个响应-应答。)
    ps:针对一个域名,大多数浏览器允许同时最多6个并发连接
2.只允许客户端主动发起请求
    ps:一个请求只能对应一个响应
3.同一个回话的多次请求中,头信息会被重复重传
    ps:a.通常会给每个传输增加500~800字节的开销 b.如果使用Cookie,增加的开销有时会达到上千字节

三、HTTPS:拆分开来看其实就是HTTP/1.1+TLS。其链接过程的步骤如下。只是比HTTP/1.1多了一个TLS的连接而已。当然由于多一个一步TLS连接,其速度上会慢点

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Https通信过程:
1.TCP三次握手
2.TLS连接(加密)
    a.加密算法协商
        i.客户端罗列出自己有的加密算法传输给服务端
        ii.服务端从客户端加密算法套件中选择一个用于通讯加密算法
        iii.服务端发送证书给客户端(由认证机构颁发,防篡改)
        iiii.客户端校验证书的有效性
    b.生成回话秘钥(用于实际通讯内容的加密)
3.Http报文
4.TCP四次挥手
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 四、HTTP/2。由于HTTP/1.1的不足催生出来了HTTP/2.其特性如下:

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SPDY是Http2的前身,2015年9月google宣布移除对SPDY的支持,拥抱HTTP/2

1.HTTP/2,于2015年5月以RFC_7540正式发表
2.HTTP/2在底层传输做了很多的优化和改进,但语义上于HTTP/1.1兼容
    a.比如请求方法(如:Get、POST)、Status Code、各种headers等都没有改变
    b.因此想要升级到HTTP/2,开发者不需要修改任何代码,只需要升级服务器配置,升级浏览器即可。
3.HTTP/2的一些基本概念
    a.数据流:已建立链接内的双向字节流,可以承载一条或多条消息
        ps:所有通信都在一个TCP链接上完成,此链接可以承载任意数量的双向数据流
    b.消息:与逻辑HTTP/1.1请求或响应对应,由一系列帧组成
    c.帧:是HTTP/2通信的最小单位,每个帧都包含帧头(会标识当前帧所属的数据流)
        ps:来自不同数据流的帧可以交错发送,然后再根据每个帧头数据流标识符重新组装

4.HTTP/2的特性
    a.多路复用
        ps:就是一个连接可以被多个请求响应复用
        客户端和服务器可以将HTTP消息分解为互不依赖的帧,然后交错发送,最后再由另一端把他们重新组装起来
        并行交错的发送多个请求,请求之间互不影响
        并行交错的发送多个响应,响应之间互不干扰
        使用一个连接并行发送多个请求和响应
        不必再为绕开HTTP/1.1的限制而做很多工作
            比如:image sprites 、合并CSS/JS、内嵌CSS\JS\Base64图片、域名分片等
  
    b.服务器推送
        服务器可以对一个客户端发起多次响应
            ps:除了对最初请求的响应外,服务器还可以向客户端推送额外的资源,而无需客户端额外明确地请求。
    c.二进制格式
        ps:HTTP/2采用二进制格式传输数据,而非HTTP/1.1的文本格式。二进制格式再协议解析和优化扩展上带来更多的优势和可能

    d.优先级
        1.HTTP/2标准允许每个数据流都有一个关联的权重和依赖关系
            可以向每个流分配一个介于1~256之间的的证书
            每个流和其他数据流之间可以存在显式的依赖关系
        2.客户端可以构建和传递、"优先级书",表明它倾向于如何接收响应
        3.服务器可以使用此信息通过控制CPU、内存和其他资源的分配设定数据流处理的优先级
        4.尽可能先给父数据流分配资源
        5.同级数据流(共享相同父项)应按其权重比例分配资源
    e:头部压缩
        1.HTTP/2使用HPACK压缩请求头和响应头
            ps:可以极大的减少头部开销,进而提高性能
        2.早期版本HTTP/2和SDPY使用zlib压缩
            i.可以将可传输头数据的大小减少85%~88%
            ii.但是在2012年夏天,被攻击导致会话劫持,后被更安全的HPACK替代
5.HTTP/2的问题
    a.队头阻塞
        ps:这其实是底层TCP的问题。丢包就需要重传,而一旦丢包数据不会传递而下一层,直到收到重传包,数据变得完整后才会传递给上一层。
    b.握手延迟
        ps:由于HTTP/2默认采用的是TCP+TLS,所以天然的就比HTTP/1.1多了一个安全链接的步骤,所以握手速度会变慢

 

 

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五、HTTP/3,针对HTTP/2队头阻塞及握手延迟的问题,google推出了HTTP/3,其是基于UDP的一个协议。

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1.Google觉得HTTP/2仍然不够快,因此催生出的HTTP/3。HTTP/3是基于QUIC协议的
    2.在HTTP/3中Google弃用了TCP协议,转而拥抱使用基于UDP协议的QUIC协议来实现
    3.QUIC:快速UDP网络连接,由Google与2013年实现。于2018年从HTTP-over-QUIC改为HTTP/3

 

 



    HTTP/3特性--->连接转移
    4.TCP基于4要素(源IP、源端口、目标IP、目标端口)
        a.切换网络时至少会有一个要素发生变化,导致连接发生变化
        b.如果连接发生变化时,还使用原来的TCP连接,则会导致连接失败,就要等原来连接超时后重新建立链接
        c.所以有时候我们发现切换到一个新网络时,即使新网络状况良好,但内容还是需要加载很久
        d.如果实现的好,当检测到网络发生变化时,立刻建立新的TCP连接,即使这样,建立新的连接还是需要几百毫秒的时间
    5.QUIC链接不受4要素的影响,当四要素发生变化时,链接依然维持
        a.QUIC连接不以4要素作为标识,而是使用一组Connection ID(连接ID)来标识一个连接
        b.即使IP和端口发生变化,只要Connection ID没有变化,那么连接依然可以维持
            i.比如:当设备链接WI-FI时,将进行的下载从蜂窝网络连接转移到更快的wifi连接
            ii.当wifi不再可用时,将连接转移到蜂窝网络连接

    HTTP/3问题
        1.根据Google和Facebook称,与基于TLS和HTTP/2相比,他们大规模部署的QUIC需要近两倍的CPU使用量
            a.Linux内核的UDP部分没有得到像TCP那样的优化,因为传统上没有使用UDP进行如此高速的信息传输
            b.TCP和TLS有硬件加速,而这对UDP很罕见,对于QUIC则基本不存在
            c.随着时间的推移,相信这个问题会逐步得到改善

    HTTP/3疑问
        1.HTTP/3基于UDP,如何保证可靠传输?
            ps:由QUIC来保证
        2.为何Google不开发一个新的不同于TCP、UDP的传输协议?
            a.目前世界上的网络设备基本只认识TCP、UDP
            b.如果要修改传输层,意味着操作系统内核也需要修改
            c.另外,由于IETF标准化的许多TCP新特性都缺方法广泛的支持而没有得到广泛的部署或使用
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