《图解HTTP》笔记

《图解HTTP》笔记

本书图文并茂,大量图片穿插文中,生动形象地向读者介绍每一个应 用案例,减少了读者阅读时的枯燥感。

借助一张张配图,读者们不仅会加深视觉记忆,在轻松愉悦的氛围中,还可以更深刻地理解通信机 制等背后的工作原理。

正所谓一图胜千文。

HTTP协议

请求/响应通信

请求报文由请求方法、请求 URI、协议版本、可选的请求首部字段和内容实体构成。

响应报文由协议版本、状态码(原因短语)、可选的响应首部字段和主体构成。

不保存状态

HTTP 是一种不保存状态,即无状态(stateless)协议。

HTTP 协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存,协议对于发送过的请求或响应都不做持久化处理。

HTTP方法

GET:获取资源

GET 方法用来请求访问已被 URI 识别的资源。

指定的资源经服务器端解析后返回响应内容。

如果请求的资源是文本,那就保持原样返回;

如果是像 CGI(Common Gateway Interface,通用网关接 口)那样的程序,则返回经过执行后的输出结果。

POST:传输实体主体

POST 方法用来传输实体的主体。

虽然用 GET 方法也可以传输实体的主体,但一般不用 GET 方法进行 传输,而是用 POST 方法。

虽说 POST 的功能与 GET 很相似,但 POST 的主要目的并不是获取响应的主体内容。

PUT:传输文件

PUT 方法用来传输文件。

就像 FTP 协议的文件上传一样,要求在请求报文的主体中包含文件内容,然后保存到请求 URI 指定的位置。

但是,鉴于 HTTP/1.1 的 PUT 方法自身不带验证机制,任何人都可以上传文件 , 存在安全性问题,因此一般的 Web 网站不使用该方法。

HEAD:获得报文首部

HEAD 方法和 GET 方法一样,只是不返回报文主体部分。

用于确认 URI 的有效性及资源更新的日期时间等。

DELETE:删除文件

DELETE 方法用来删除文件,是与 PUT 相反的方法。

DELETE 方法按请求 URI 删除指定的资源。

但是,HTTP/1.1 的 DELETE 方法本身和 PUT 方法一样不带验证机制,所以一般的 Web 网站也不使用 DELETE 方法。

OPTIONS:询问支持的方法

OPTIONS 方法用来查询针对请求 URI 指定的资源支持的方法。

TRACE:追踪路径

TRACE 方法是让 Web 服务器端将之前的请求通信环回给客户端的方法。

发送请求时,在 Max-Forwards 首部字段中填入数值,每经过一个服务器端就将该数字减 1,当数值刚好减到 0 时,就停止继续传输,最后接收到请求的服务器端则返回状态码 200 OK 的响应。

但是,TRACE 方法本来就不怎么常用,再加上它容易引发 XST(Cross-Site Tracing,跨站追踪)攻击,通常就更不会用到了。

CONNECT:要求用隧道协议连接代理

CONNECT 方法要求在与代理服务器通信时建立隧道,实现用隧道协议进行 TCP 通信。

主要使用 SSL(Secure Sockets Layer,安全套接层)和 TLS(Transport Layer Security,传输层安全)协议把通信内容加密后经网络隧道传输。

格式:CONNECT 代理服务器名:端口号 HTTP版本

持久连接

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为解决上述 TCP 连接的问题,HTTP/1.1 和一部分的 HTTP/1.0 想出了持久连接(HTTP Persistent Connections,也称为 HTTP keep-alive 或 HTTP connection reuse)的方法。

持久连接的特点是,只要任意一端没有明确提出断开连接,则保持 TCP 连接状态

在 HTTP/1.1 中,所有的连接默认都是持久连接。

管线化 pipelining

持久连接使得多数请求以管线化(pipelining)方式发送成为可能。

从前发送请求后需等待并收到响应,才能发送下一个请求。管线化技术出现后,不用等待响应亦可直接发送下一个请求。

这样就能够做到同时并行发送多个请求,而不需要一个接一个地等待响应了。

使用COOKIE

保留无状态协议这个特征的同时又要解决类似的矛盾问题,于是引入了 Cookie 技术。Cookie 技术通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。

  • Cookie 会根据从服务器端发送的响应报文内的一个叫做 Set-Cookie 的首部字段信息,通知客户端保存 Cookie。当下次客户端再往该服务器发送请求时,客户端会自动在请求报文中加入 Cookie 值后发送出去。

  • 服务器端发现客户端发送过来的 Cookie 后,会去检查究竟是从哪一个客户端发来的连接请求,然后对比服务器上的记录,最后得到之前的状态信息。

HTTP报文

用于 HTTP 协议交互的信息被称为 HTTP 报文。请求端(客户端)的 HTTP 报文叫做请求报文,响应端(服务器端)的叫做响应报文。

HTTP 报文本身是由多行(用 CR+LF 作换行符)数据构成的字符串文本。

HTTP 报文大致可分为报文首部和报文主体两块。两者由最初出现的 空行(CR+LF)来划分。通常,并不一定要有报文主体。

  • 请求行包含用于请求的方法,请求 URI 和 HTTP 版本。
  • 状态行包含表明响应结果的状态码,原因短语和 HTTP 版本。
  • 首部字段包含表示请求和响应的各种条件和属性的各类首部。

编码传输

HTTP 在传输数据时可以按照数据原貌直接传输,但也可以在传输过 程中通过编码提升传输速率。但是,编码的操作需要计算机来完成,因此会消耗更多的 CPU 等资源。

报文/实体主体

  • 报文(message):HTTP 通信中的基本单位,由 8 位组字节流(octet sequence, 其中 octet 为 8 个比特)组成,通过 HTTP 通信传输。

  • 实体(entity):作为请求或响应的有效载荷数据(补充项)被传输,其内容由实体首部和实体主体组成。

HTTP 报文的主体用于传输请求或响应的实体主体

通常,报文主体等于实体主体。

只有当传输中进行编码操作时,实体主体的内容发生变化,才导致它和报文主体产生差异。

压缩传输的内容编码

向待发送邮件内增加附件时,为了使邮件容量变小,我们会先用 ZIP 压缩文件之后再添加附件发送。

HTTP 协议中有一种被称为内容编码的功能也能进行类似的操作。

常用的内容编码有以下几种:

  • gzip(GNU zip)
  • compress(UNIX 系统的标准压缩)
  • deflate(zlib)
  • identity(不进行编码)

分割发送的分块传输编码

在传输大容量数据时,通过把数据分割成多块,能够让浏览器逐步显示页面。

这种把实体主体分块的功能称为分块传输编码(Chunked Transfer Coding)。

  • 分块传输编码会将实体主体分成多个部分(块)。每一块都会用十六 进制来标记块的大小,而实体主体的最后一块会使用“0(CR+LF)”来标记。

  • 使用分块传输编码的实体主体会由接收的客户端负责解码,恢复到编码前的实体主体。

HTTP/1.1 中存在一种称为传输编码(Transfer Coding)的机制,它可以在通信时按某种编码方式传输,但只定义作用于分块传输编码中。

对象集合

发送邮件时,我们可以在邮件里写入文字并添加多份附件。

这是因为采用了 MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions,多用途因特网邮件扩展)机制,它允许邮件处理文本、图片、视频等多个不同类型的数据。

HTTP 协议中也采纳了多部分对象集合(Multipart),发送的一份报文主体内可含有多类型实体。通常是在图片或文本文件等上传时使用。

在 HTTP 报文中使用多部分对象集合时,需要在首部字段里加上 Content-type。

获取部分内容的范围请求

如果下载过程中遇到网络中断的情况,那就必须重头开始。为了解决上述问题,需要一种可恢复的机制。所谓恢复是指能从之前下载中断处恢复下载。

要实现该功能需要指定下载的实体范围。像这样,指定范围发送的请求叫做范围请求(Range Request)。

执行范围请求时,会用到首部字段 Range 来指定资源的 byte 范围。

针对范围请求,响应会返回状态码为 206 Partial Content 的响应报文。

另外,对于多重范围的范围请求,响应会在首部字段 ContentType 标明 multipart/byteranges 后返回响应报文。

HTTP协作

通信数据转发

HTTP 通信时,除客户端和服务器以外,还有一些用于通信数据转发的应用程序,例如代理、网关和隧道。它们可以配合服务器工作。

代理

代理是一种有转发功能的应用程序,它扮演了位于服务器和客户端“中间人”的角色,接收由客户端发送的请求并转发给服务器,同时也接收服务器返回的响应并转发给客户端。

使用代理服务器的理由有:利用缓存技术(稍后讲解)减少网络带宽的流量,组织内部针对特定网站的访问控制,以获取访问日志为主要目的等等。

代理有多种使用方法,按两种基准分类。一种是是否使用缓存,另一种是是否会修改报文。

  • 缓存代理:代理转发响应时,缓存代理(Caching Proxy)会预先将资源的副本(缓存)保存在代理服务器上。当代理再次接收到对相同资源的请求时,就可以不从源服务器那里获取资源,而是将之前缓存的资源作为响应返回。
  • 透明代理:转发请求或响应时,不对报文做任何加工的代理类型被称为透明代理(Transparent Proxy)。反之,对报文内容进行加工的代理被称为非透明代理。

网关

网关是转发其他服务器通信数据的服务器,接收从客户端发送来的请求时,它就像自己拥有资源的源服务器一样对请求进行处理。有时客户端可能都不会察觉,自己的通信目标是一个网关。

网关的工作机制和代理十分相似。而网关能使通信线路上的服务器提供非 HTTP 协议服务。

利用网关能提高通信的安全性,因为可以在客户端与网关之间的通信线路上加密以确保连接的安全。

比如,网关可以连接数据库,使用SQL语句查询数据。另外,在 Web 购物网站上进行信用卡结算时,网关可以和信用卡结算系统联动。

隧道

隧道是在相隔甚远的客户端和服务器两者之间进行中转,并保持双方通信连接的应用程序。

隧道可按要求建立起一条与其他服务器的通信线路,届时使用SSL等加密手段进行通信。隧道的目的是确保客户端能与服务器进行安全的通信。

隧道本身不会去解析 HTTP 请求。也就是说,请求保持原样中转给之 后的服务器。隧道会在通信双方断开连接时结束。

保存资源的缓存

缓存是指代理服务器或客户端本地磁盘内保存的资源副本。利用缓存可减少对源服务器的访问,因此也就节省了通信流量和通信时间。

缓存服务器是代理服务器的一种,并归类在缓存代理类型中。换句话说,当代理转发从服务器返回的响应时,代理服务器将会保存一份资源的副本。

缓存服务器的优势在于利用缓存可避免多次从源服务器转发资源。因此客户端可就近从缓存服务器上获取资源,而源服务器也不必多次处理相同的请求了。

HTTPS

HTTP缺点

HTTP 主要有这些不足:

  • 通信使用明文(不加密),内容可能会被窃听
  • 不验证通信方的身份,因此有可能遭遇伪装
  • 无法证明报文的完整性,所以有可能已遭篡改

HTTP + 加密 + 认证 + 完整性保护 = HTTPS

HTTPS 是身披 SSL 外壳的 HTTP

HTTPS 并非是应用层的一种新协议。只是 HTTP 通信接口部分用 SSL(Secure Socket Layer)和 TLS(Transport Layer Security)协议代替而已。

通常,HTTP 直接和 TCP 通信。当使用 SSL时,则演变成先和 SSL通信,再由 SSL和 TCP 通信了。简言之,所谓 HTTPS,其实就是身披 SSL协议这层外壳的 HTTP。

SSL是独立于 HTTP 的协议,所以不光是 HTTP 协议,其他运行在应用层的 SMTP 和 Telnet 等协议均可配合 SSL协议使用。

可以说 SSL是 当今世界上应用最为广泛的网络安全技术。

相互交换密钥的公开密钥加密技术

SSL采用一种叫做公开密钥加密(Public-key cryptography)的加密处理方式。

近代的加密方法中加密算法是公开的,而密钥却是保密的。通过这种方式得以保持加密方法的安全性。

对称加密:加密和解密同用一个密钥

非对称加密:公开密钥加密使用一对非对称的密钥。一把叫做私有密钥(private key),另一把叫做公开密钥(public key)

HTTPS 采用共享密钥加密和公开密钥加密两者并用的混合加密机制。

若密钥能够实现安全交换,那么有可能会考虑仅使用公开密钥加密来通信。但是公开密钥加密与共享密钥加密相比,其处理速度要慢。

所以应充分利用两者各自的优势,将多种方法组合起来用于通信。在交换密钥环节使用公开密钥加密方式,之后的建立通信交 换报文阶段则使用共享密钥加密方式。

证明公开密钥正确性的证书

遗憾的是,公开密钥加密方式还是存在一些问题的。那就是无法证明公开密钥本身就是货真价实的公开密钥。或许在公开密钥传输途中,真正的公开密钥已经被攻击者替换掉了。

为了解决上述问题,可以使用由数字证书认证机构(CA,Certificate Authority)和其相关机关颁发的公开密钥证书。

HTTPS通信

  • 步骤 1: 客户端通过发送 Client Hello 报文开始 SSL通信。报文中包含客户端支持的 SSL的指定版本、加密组件(Cipher Suite)列表(所使用的加密算法及密钥长度等)。

  • 步骤 2: 服务器可进行SSL通信时,会以 Server Hello 报文作为应答。和客户端一样,在报文中包含 SSL版本以及加密组件。服务器的加密组件内容是从接收到的客户端加密组件内筛选出来的。

  • 步骤 3: 之后服务器发送 Certificate 报文。报文中包含公开密钥证书。

  • 步骤 4: 最后服务器发送 Server Hello Done 报文通知客户端,最初阶段的SSL握手协商部分结束。

  • 步骤 5: SSL第一次握手结束之后,客户端以 Client Key Exchange 报 文作为回应。报文中包含通信加密中使用的一种被称为 Pre-master secret 的随机密码串。该报文已用步骤 3 中的公开密钥进行加密。

  • 步骤 6: 接着客户端继续发送 Change Cipher Spec 报文。该报文会提示服务器,在此报文之后的通信会采用 Pre-master secret 密钥加密。

  • 步骤 7: 客户端发送 Finished 报文。该报文包含连接至今全部报文的整体校验值。这次握手协商是否能够成功,要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准。

  • 步骤 8: 服务器同样发送 Change Cipher Spec 报文。

  • 步骤 9: 服务器同样发送 Finished 报文。

  • 步骤 10: 服务器和客户端的 Finished 报文交换完毕之后,SSL连接 就算建立完成。当然,通信会受到 SSL的保护。从此处开始进行应用层协议的通信,即发送 HTTP 请求。

  • 步骤 11: 应用层协议通信,即发送 HTTP 响应。

  • 步骤 12: 最后由客户端断开连接。断开连接时,发送 close_notify 报文。上图做了一些省略,这步之后再发送 TCP FIN 报文来关闭与 TCP 的通信。

HTTPS缺点

HTTPS 也存在一些问题,那就是当使用 SSL 时,它的处理速度会变慢。

SSL的慢分两种:一种是指通信慢,另一种是指由于大量消耗 CPU 及内存等资源,导致处理速度变慢。

如果是非敏感信息则使用 HTTP 通信,只有在包含个人信息等敏感数据时,才利用 HTTPS 加密通信。

特别是每当那些访问量较多的 Web 网站在进行加密处理时,它们所承担着的负载不容小觑。在进行加密处理时,并非对所有内容都进行加密处理,而是仅在那些需要信息隐藏时才会加密,以节约资源。

除此之外,想要节约购买证书的开销也是原因之一。

作者

SukiEva

发布于

2022-03-06

更新于

2022-03-06

许可协议

CC BY-NC-SA 4.0

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