前端开发系列059-网络篇之网络基础知识和HTTP协议

一、网络编程基本概念

1.1 客户端和服务器的基本概念

客户端（Client）能从服务器获取资源为客户提供服务的程序(设备)。

服务器（Server）为客户端提供服务、提供数据、提供资源的机器。

说明：我们作为前端开发工程师，主要的精力都放在前端开发部分。

1.2 服务器简单介绍

服务器简单说明

服务器其实本身也是电脑，只不过比我们的电脑配置更高，且一般要求24小时不断电，不关机。

服务器是专门用于存储数据电脑， 访问者可以访问服务器获得服务器上存储的资源。

服务器其实就是一台"提供了某种服务功能"的电脑。

思考 普通电脑如何能作为服务器使用？

HTTP服务器

（1）如何让电脑可以聊天?听歌?浏览网页?

【1】 想让电脑提供聊天服务, 可以安装相应的聊天软件，比如QQ、微信等

【2】 想让电脑可以提供听歌服务, 可以安装相应音乐播放软件，比如QQ音乐、网易云音乐等。

【3】 想让电脑可以提供浏览网页服务, 可以安装相应浏览网页软件，比如谷歌浏览器、IE浏览器等。

（2）如何让电脑提供HTTP服务？

服务器有很多种类型和分类方式，如果按照类型来划分大概可以分成：
文件服务器、数据库服务器、邮件服务器、Web 服务器等多种，我们经常接触到的是web服务器，也称为HTTP服务器；

如果想让电脑为我们提供HTTP服务，那么可以安装HTTP服务相关软件, 例如: Apache、IIS、Tomcat、Nginx、NodeJS等；

安装了HTTP服务软件的电脑, 我们称之HTTP服务器(Web服务器)。

补充：常见的服务器软件

	文件服务器软件（Server-U、FileZilla、VsFTP等）；
	数据库服务器软件（Oracle、MySQL、PostgreSQL、MSSQL等）；
	邮件服务器软件（Postfix、Sendmail等）；
	HTTP 服务器软件（Apache、IIS、Tomcat、Nginx、NodeJS等）；

本地服务器和外网服务器

如果按照软件开发阶段来分，服务器可以分为远程服务器和本地服务器。

【1】 **远程服务器**
        别名：外网服务器、正式服务器
        使用阶段：应用上线后使用的服务器
        使用人群：供全体用户使用
        速度：取决于服务器的性能、用户的网速

【2】 **本地服务器**
        别名：内网服务器、测试服务器
        使用阶段：应用处于开发、测试阶段使用的服务器
        使用人群：仅供公司内部的开发人员、测试人员使用
        速度：由于是局域网，所以速度飞快，有助于提高开发测试效率

1.3 访问网页的原理和过程。

Web的内容都是存储在Web服务器上面的。而Web服务器通常所使用的是HTTP协议，因此Web服务器有时也被称为“HTTP服务器”。客户端和Web服务器之间进行通信需要经历请求和响应两个过程。

简单说，就是客户端向服务器发送一个请求索要数据，而服务器端需要对该请求作出响应，即把客户端索要的资源（数据）返回。

浏览器访问网页原理

【1】访问网页时是有真实的、物理的文件传输的。
【2】 网页不是一个文件，而是一堆文件组成，它们保存到Web服务器上。
【3】 客户端会先发送网络请求，向服务器端索要对应的文件。
【4】 服务器接收到请求后，根据请求查找对应的资源并传输给客户端。
【5】 客户端接收到响应后，会解析服务器返回的结果，将结果显示出来。

浏览器请求数据的过程

【1】 按下回车时浏览器根据输入的URL地址发送请求报文给服务器。
【2】 服务器接收到请求报文，会对请求报文进行处理。
【3】 服务器将处理完的结果通过响应报文返回给浏览器。
【4】浏览器解析服务器返回的结果，将结果显示出来。

二、HTTP协议

2.1 URL简单介绍

客户端如何找到对应的服务器

网络中部署着各种各样的服务器，比如腾讯的服务器、百度的服务器，那么问题来了？

客户端如何找到想要连接的服务器?

答案是：客户端通过URL找到想要连接的服务器。

URI和URL

URI：全称是Uniform Resource Identifier（统一资源标识符），用于标识某一互联网资源。

URL：全称是Uniform Resource Location（统一资源定位符），用于表示资源的地点。

通过1个URL，能找到互联网上唯一的1个资源，URL就是资源的地址、位置，互联网上的每个资源都有一个唯一的URL。

URN:全称是Uniform Resource Name（统一资源名称），唯一标识一个实体的标识符，但是不能给出实体的位置。

URL和URI的关系：URL是URI的子集。

URL的基本格式

URL的基本格式为： 协议://主机地址/资源路径

示例1：http://www.baidu.com/img/logo.png

示例2：http://202.108.22.5/img/bdlogo.gif

- **协议**：不同的协议，代表着不同的资源查找方式、资源传输方式。
- **主机地址**：存放资源的主机（服务器）的IP地址（域名）。
- **资源路径**：资源在主机（服务器）中的具体位置。

补充
① 通用格式协议://用户名:密码@主机地址:端口号/路径?查询字符串#资源片段

② 常见协议：

（1）`HTTP协议`访问的是远程的网络资源,网络开发中最常用的协议
（2）`file协议`访问的是本地计算机上的资源。
（3）`mailto协议`访问的是电子邮件地址。
（4）`FTP协议`访问的是共享主机的文件资源。

URL常见协议示例

http://www.baidu.com
file://localhost/c:/path/fileName.png
mailto:tone@glasscom.com

2.2 HTTP协议简单介绍

协议就是规则
在网络编程领域我们可能会用到各种不一样的协议，但所有的协议本质上都是规则。

TCP/IP协议簇

为了方便我们学习和理解HTTP协议，这里先介绍TCP/IP协议簇。
通常意义上，我们使用的网络服务是在TCP/IP协议簇的基础上运作的，而HTTP协议属于它内部的一个子集。

计算机与网络设备需要通信，双方就必须要基于相同的方法，比如具体应该如何探测通信目标，由哪一方面发起通信，使用什么语言进行沟通等等，所有的这一切都需要规则。我们则把这些规则称之为协议（potocol）。

在协议中规定了很多的各式各样的内容，如选址方法，双方建立通信的顺序等。

这些协议如（ICMP DNS TCP FTP HTTP SNMP PPPoE IP FDDI）等，通常我们把TCP/IP认为是在IP协议的通信过程中，使用到的协议簇的统称。

TCP 协议簇采用分层设计思想实现，其中，与HTTP关系密切的协议有TCP、IP、DNS等协议。

IP协议 按照层次划分，IP网际协议位于网络层。IP协议的作用就是把各种数据包传送给对象。	
TCP协议 按照层次划分，TCP协议位于传输层,提供了可靠的字节流服务。字节流服务指, 为了方便传输把大块的数据分割成以报文段为单位的数据包进行管理。并且TCP协议能够确认数据最终是否已经送达到对方。

三次握手 为了准确无误的将数据送到目的地，TCP采用了三次握手的策略。握手过程中使用TCP的标志(flag)-SYN(synchronize)和ACK(acknownledgement)。发送端首先发送一个带SYN标志的数据包给对方。接收端接收到后，回传一个带 有SYN/ACK标志的数据包，以示传达确认信息。最终发送端再回传一个带ACK标志的数 据包,表示『握手』过程结束。

DNS DNS服务和HTTP协议一样位于应用层，它提供域名到IP地址之间的解析服务。

HTTP协议简单介绍

HTTP的全称是Hypertext Transfer Protocol，即超文本传输协议。客户端在访问网络资源的时候，经常需要用到HTTP协议。

比如访问公司的主页，获取网易新闻数据，获取优酷的视频数据等都需要用到HTTP协议。

HTTP协议的作用

① 规定客户端和服务器之间的数据传输格式
② 让客户端和服务器能有效地进行数据沟通

HTTP协议的特点

① 简单快速
因为HTTP协议简单，所以HTTP服务器的程序规模小，而且通信速度很快。

② 方便灵活
HTTP协议允许传输各种各样的数据，视频|音频|文本|图片等。

③ 明文传输
HTTP协议在进行请求和响应的时候数据以明文方式传输。

2.3 HTTP协议的版本发展

① HTTP协议 0.9版本

HTTP协议0.9版本 于1990年问世，那时的HTTP并没有作为正式的标准被建立。

1991年 Tim Berners-Lee概述了该协议的动机，并罗列了几条宏观的涉及目标，如支持文件传输，能够请求对超文本文档的索引搜索，格式化协商机制以及能够把客户端引导 至不同的服务器等，他构建了简单原型并实现了部分功能。因为最终的成品只实现了部分预期的功能,因此相应的协议也被非官方的成为HTTP0.9。以1991年为起点，HTTP协议在随后的几年中得到了快速的发展。

HTTP0.9的主要功能和特点

- 客户端|服务端,请求|响应协议;
- ASCII协议,运行于TCP/IP链接之上;
- 涉及用来传输超文本文档(HTML) ;
- 服务器和客户端之间的连接在每次请求之后都会关闭。

② HTTP协议 1.0版本

1996年，HTTP工作组发布了RFC 1945，解释和说明了当时很多HTTP1.0实现的 公共用法。不过,该RFC是参考性的，也就是说HTTP1.0 并不是一个正式的规范或者是互联网标准。

RFC1945 - Hypertext Transfer Protocol — HTTP/1.0
http://www.ietf.org/rfc/rfc1945.txt

HTTP协议1.0版本后，服务器的响应对象不再局限与超文本而可以是任意类型：如HTML文件、纯文本文件，图片等。

HTTP1.0 协议的关键变化

 - 请求可以由多行首部组成; 
 - 响应对象前面添加了响应状态行;
 - 响应对象也拥有了自己的首部字段 ;
 - 响应对象不再局限于超文本
 - 服务器与客户端之间的连接在每次请求之后都会关闭。

③ HTTP协议 1.1版本

1997年1月，定义了HTTP协议1.1版本标准的RFC 2068发布。

在1999年6月RFC2626发布, 又在标准中集合了很多的更新和改进。HTTP/1.1标准厘清了之前版本中很多有歧义的地方，且加入了很多重要的性能优化：如持久连接，分块编码传输，字节范围请求，增强的缓存机制，传输编码以及请求管道等。

RFC2616 - Hypertext Transfer Protocol — HTTP/1.1
http://www.ietf.org/rfc/rfc2616.txt

HTTP/1.1 最关键的变化在于改变了HTTP协议的语义,默认使用持久连接，该版本是目前广泛使用的版本。

④ HTTP协议 2.0版本

RFC2626自发布以来，一直都是互联网大发展的基石。从最开始的HTTP0.9到今天，HTTP已经发展成为可以在任何领域使用的核心协议。

今天，用户和开发者都迫切想通过HTTP协议来实现几乎实时的响应速度和传输性能，而要满足这样的需求仅仅对既有的HTTP1.1协议进行修补和更新是不够的。 因此，HTTP工作组于2012年宣布开发HTTP2.0 。

HTTP2.0版本的开发保证了与 HTTP 1.1 的完全语义兼 容,最初考虑的是 Google SPDY 协议、微软的 SM 协议和 Network-Friendly HTTP 更新。最终各方推荐了 SPDY 协议，并在此基础上进行了相应更新。对于HTTP2.0 而言，其主要目标是改进传输性能,实现低延迟和高吞吐量。

官方设置的重要里程碑

2012年3月：征集HTTP2.0建议;
2012年9月：HTTP2.0 的第一个草案发布;
2013年7月：HTTP2.0 草案的第一个实现发布; 
2014年4月：工作组最后征集HTTP2.0 的意见; 
2014年11月：将HTTP2.0作为建议标准提交给IESG。

备注

HTTP2.0最新草案和状态，请参考https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-httpbis-http2-17

HTTP2.0 中文版本,请参考http://www.oschina.net/question/1397765_172789

HTTP2.0 关键设计和技术目标

- 请求优先级；
- 服务器推送；
- 首部压缩；
- 二进制分帧层
- 多向请求和响应；

三、请求-响应模式

3.1 网络通信的请求-响应模式

完整的http通信可以分为两个部分：请求和响应。

请求：客户端向服务器索要数据的过程。

响应：服务器把客户端索要数据返回的过程。

网络通信过程中数据包的传输过程请参考下图

3.2 HTTP报文简单介绍

HTTP报文的结构

HTTP报文由两部分组成：报文首部和报文主体。

基于HTTP通信的请求-响应模式，我们又可以把HTTP报文区分为请求报文和响应报文，它们本身的结构和HTTP报文结构一致。

请求报文

HTTP请求报文由两部分组成：请求首部（请求行 + 请求头）和请求主体。

请求行：表明请求的方法和资源等信息。

请求头：存放的是对客户端以及请求本身的描述信息。

请求体：如果是POST请求，则存放发送给服务器的参数。

请求头信息示例：

    User-Agent：浏览器的具体类型　　
    Accept：浏览器支持哪些数据类型　　
    Accept-Charset：浏览器采用的是哪种编码　
    Accept-Encoding：浏览器支持解码的数据压缩格式　　如： gzip
    Accept-Language：浏览器的语言环境
    Host：请求的主机名，允许多个域名同处一个IP地址，即虚拟主机
    Connection：表示是否需要持久连接。。如 Keep-Alive
    Content-Length：表示请求消息正文的长度。
    Content-Type：WEB服务器告诉浏览器自己响应的对象的类型和字符集。
    Content-Encoding：WEB服务器表明自己使用了什么压缩方法。
    Content-Language：WEB服务器告诉浏览器自己响应的对象的语言。
    Cookie：浏览器每次都会将cookie发送到服务器上，允许服务器在客户端存储少量数据。
    Referer：包含一个URL，用户从该URL代表的页面出发访问当前请求的页面。服务器能知道你是从哪个页面过来的。

响应报文

HTTP响应报文由两部分组成：响应首部（状态行 + 响应头）和响应主体。

状态行：表明网络请求的状态。

响应头：存放的是对服务器以及响应本身的描述信息。

响应体：返回给客户端的具体数据。

响应头信息示例：

    Server:服务器软件的信息和版本。
    Accept-Ranges:服务器表明是否接受获取其某个实体的一部分的请求。
    Content-Type:返回的响应体的数据类型。
    Allow:服务器支持哪些请求方法（如GET、POST等）
    Content-Base:解析主体中的相对URL时使用的基础URL。
    Content-Encoding:对响应体数据采用的压缩方式。
    Content-Language:告诉浏览器理解主体时最适宜使用的自然语言。
    Content-Length:表明响应体的大小，例如26012
    Content-Location:资源实际所处的位置。
    Content-MD5:主体的MD5校验和。
    Content-Range:表示传送的范围。
    Expires:过期相关信息。
    Last-Modified:WEB服务器认为对象的最后修改时间。

3.3 网络请求方法

网络请求方法介绍

在HTTP/1.1协议中，定义了多种发送http请求的方法，分别是：GET、POST、OPTIONS、HEAD、PUT、DELETE、TRACE、CONNECT、PATCH。

根据HTTP协议的设计初衷，不同的方法对资源有不同的操作方式

GET方法：查询数据
PUT方法 ：增加数据
POST方法：修改数据
DELETE方法：删除数据

在实际的项目开发中，最常用的是GET和POST请求，其实实际上GET和POST都能办到增删改查。

参数的概念：参数就是传递给服务器的具体数据，如登录的帐号和密码

GET请求和POST请求

GET和POST的主要区别表现在参数的处理方式不同

GET请求：提交的参数直接以查询字符串的方式跟在请求URL的后面。

POST请求：参数存放在请求体中进行提交。

GET请求和POST请求对比

① 参数处理方式不同。
② 安全性不同。
③ 大小限制。

请求路径示例

GET:http://www.wendingding.com?username=wen&password=123456
POST:http://www.wendingding.com

3.4 响应状态码

HTTP响应状态码介绍

响应状态码的职责是当客户端向服务器端发送请求时,描述返回的请求结果。借助状态码，用户可以知道服务器端是正常处理了请求，还是出现了错误。

常见的状态码比如200 OK 或者404 not found等。

状态码以3位数字+原因短语组成。

数字中的第一位指定了响应的类别, 后两位无分类。

HTTP响应状态码的类别