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概述
HTTP (Hypertext Transfer Protocol)#xff0c;即超文本传输协议#xff0c;是一种用于在客户端和服务器之间传输超文本#xff08;例如网页、图片、音频、视频等#xff09;的通信协议。它是万维网#xff08;WWW#xff09;的基础#xff0c;负责在浏…HTTP协议
概述
HTTP (Hypertext Transfer Protocol)即超文本传输协议是一种用于在客户端和服务器之间传输超文本例如网页、图片、音频、视频等的通信协议。它是万维网WWW的基础负责在浏览器客户端和 web 服务器之间交换信息。HTTP 是一个 应用层 协议位于 OSI 模型的第七层通常通过 TCP传输控制协议进行通信。
HTTP 是无状态的、面向请求/响应的协议意思是每一次请求都是独立的服务器不会保存客户端的状态。每次客户端发起请求服务器都必须处理并响应即使是同一个客户端的连续请求也被视为独立的。
HTTP 请求/响应模型
HTTP 协议基于请求/响应模型通信流程包括两部分客户端发送请求服务器返回响应。
1. HTTP 请求报文Request Message
一个 HTTP 请求报文主要由以下几个部分组成 请求行Request Line 请求方法Request Method 定义了客户端希望进行的操作常见的 HTTP 请求方法包括 GET请求指定的资源通常用于获取网页或文件。POST将数据提交到服务器常用于表单提交。PUT上传数据通常用于更新服务器上的资源。DELETE删除指定的资源。HEAD与 GET 方法类似但只返回响应头不返回实际内容。PATCH用于对已有资源进行部分修改。 请求 URLRequest URL指定资源的位置例如 https://www.example.com/index.html。 协议版本HTTP Version指定使用的 HTTP 协议版本通常是 HTTP/1.1 或 HTTP/2。 示例 GET /index.html HTTP/1.1请求头部Request Headers 请求头部包含了请求的元信息描述客户端环境、请求内容类型、认证信息等。例如 User-Agent指定发起请求的客户端软件信息。Accept指定客户端能够处理的内容类型如 text/html、application/json 等。Host指定请求目标的主机名用于虚拟主机的支持。Cookie包含发送给服务器的 Cookie 数据。Authorization包含授权信息用于身份验证。 示例 User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html,application/xhtmlxml请求体Request Body 请求体通常在 POST、PUT 等方法中使用用于传送数据到服务器例如表单提交的数据、JSON 数据等。GET 请求一般没有请求体。 示例POST 请求提交表单数据 nameJohnage302. HTTP 响应报文Response Message
HTTP 响应报文由服务器发送回客户端通常包含服务器处理请求后的结果。响应报文的组成部分如下 响应行Response Line 协议版本HTTP Version指定响应所使用的 HTTP 协议版本。状态码Status Code用于表示请求的处理结果如成功、失败或错误。状态短语Status Phrase对状态码的简短描述例如 OK、Not Found 等。 示例 HTTP/1.1 200 OK响应头部Response Headers 响应头部包含关于响应的元信息描述服务器的状态、返回的数据类型等。例如 Content-Type响应体的内容类型如 text/html、application/json 等。Content-Length响应体的长度以字节为单位。Date响应的时间戳。Set-Cookie服务器返回给客户端的 Cookie。 示例 Content-Type: text/html; charsetUTF-8
Content-Length: 1234
Set-Cookie: sessionidabcd1234响应体Response Body 响应体包含了实际的数据内容这是服务器返回给客户端的主体部分。对于 GET 请求响应体通常是请求的网页内容、图片、视频等资源。对于 API 请求响应体通常是 JSON 或 XML 格式的数据。 示例返回 HTML 内容 htmlheadtitleWelcome/title/headbodyh1Hello, World!/h1/body
/html3. HTTP 状态码
状态码是服务器返回给客户端的一组三位数字表示请求的处理状态。常见的状态码包括
1xx (信息性状态码)请求已接收继续处理。 100 Continue表示服务器已收到请求头部客户端可以继续发送请求体。101 Switching Protocols服务器正在切换协议。 2xx (成功状态码)请求已成功处理。 200 OK请求成功服务器返回响应数据。201 Created请求成功资源已创建。204 No Content请求成功但没有返回内容。 3xx (重定向状态码)需要客户端进一步操作来完成请求。 301 Moved Permanently资源已被永久移动到新位置。302 Found资源临时移动到新位置。304 Not Modified请求的资源未修改可以使用缓存。 4xx (客户端错误状态码)请求有语法错误或无法完成。 400 Bad Request请求语法错误服务器无法理解。401 Unauthorized需要用户认证。403 Forbidden服务器拒绝访问该资源。404 Not Found请求的资源不存在。 5xx (服务器错误状态码)服务器处理请求时发生错误。 500 Internal Server Error服务器内部错误无法处理请求。502 Bad Gateway网关或代理服务器收到无效响应。503 Service Unavailable服务器暂时不可用。
4. HTTP 协议的版本
HTTP/1.0最初的 HTTP 协议版本支持基本的请求和响应机制但性能较低缺乏多路复用等特性。HTTP/1.1相比 HTTP/1.0HTTP/1.1 增强了持久连接、管道化、分块传输等特性减少了建立连接的次数。HTTP/2引入了二进制协议、流的多路复用、头部压缩等技术大大提高了性能尤其是减少了页面加载时间。HTTP/3基于 QUICQuick UDP Internet Connections协议旨在进一步提高性能尤其在高延迟或丢包的网络环境中表现更佳。
5. HTTP 与 HTTPS
HTTP在客户端和服务器之间传输数据时数据是明文的容易受到中间人攻击。HTTPS即 HTTP over SSL/TLS数据在传输过程中会进行加密确保通信的机密性和完整性。现代 web 应用普遍推荐使用 HTTPS 来保证安全性。
WebSocket
概述
WebSocket 是一种计算机通信协议属于 应用层协议它为客户端和服务器之间提供了一个 全双工、双向通信 的通道。WebSocket 通过建立在 TCP 之上的连接允许客户端和服务器进行实时、低延迟的消息交换。WebSocket 由 IETFInternet Engineering Task Force发布是一种适用于需要持续交换数据的应用的技术。
WebSocket 协议的引入主要是为了解决传统的 HTTP 协议在实时通信中的不足尤其是在高频率消息交互、双向通信等场景中。
特点
全双工通信Full-Duplex WebSocket 是一种 全双工Full-Duplex协议意味着客户端和服务器可以同时发送和接收数据。这与传统的 HTTP 协议单向请求-响应模式不同。 实时性Low Latency 一旦 WebSocket 连接建立客户端和服务器之间就可以在没有建立新的连接的情况下持续发送和接收数据。避免了频繁的连接与断开极大减少了延迟。 持久连接 WebSocket 连接在创建后保持持久性直到显式关闭。不同于 HTTP 请求-响应模型WebSocket 不需要每次通信都重新建立连接这使得通信更加高效。 低开销 WebSocket 数据帧结构非常简洁不像 HTTP 那样包含冗余的头信息因此每次传输的开销非常小适合需要频繁数据交换的应用场景。 双向通信 WebSocket 支持 双向通信这意味着服务器可以主动向客户端推送数据而不必等到客户端发起请求。这对于需要实时推送数据的应用如在线聊天、实时股票价格、游戏等至关重要。
工作原理 连接建立 WebSocket 连接是通过HTTP 握手HTTP Handshake来建立的但一旦建立连接HTTP 连接就会升级为 WebSocket 连接。这一过程包括 客户端发起一个 HTTP 请求带有 Upgrade 头字段向服务器请求从 HTTP 协议升级到 WebSocket 协议。服务器响应请求并发送一个 101 Switching Protocols 的状态码表示协议升级成功。 例如客户端请求 GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ
Sec-WebSocket-Version: 13服务器响应 HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: x3JJHMbDL1EzLkh9WcRKk0M9LY数据传输 一旦建立 WebSocket 连接客户端和服务器可以通过 WebSocket 数据帧 交换数据。这些数据帧的传输是非常高效的并且可以支持不同类型的消息文本、二进制数据等。 连接关闭 当通信结束时任一方客户端或服务器可以发起连接关闭请求关闭时发送一个 Close 数据帧另一方确认后连接关闭。
数据帧格式
WebSocket 数据帧的结构相对简单通常包括以下部分
FIN、RSV、OpCode标识数据帧的类型和一些控制信息。掩码标志Mask指示数据是否经过掩码处理客户端发送的数据必须加掩码服务器数据通常不需要掩码。负载长度Payload Length表示数据负载的长度。掩码密钥Mask Key如果数据有掩码则包括掩码密钥。负载数据Payload Data实际的传输数据如文本、二进制数据。
使用场景
实时聊天应用WebSocket 使得服务器能够即时向客户端推送消息特别适合即时聊天应用。在线游戏实时互动和低延迟是 WebSocket 在在线游戏中的应用亮点。股票、金融数据传输WebSocket 适用于需要实时更新的数据流传输如金融市场数据、股票价格更新等。物联网IoT设备通信WebSocket 可以用于物联网设备与云端服务器之间的实时通信实时传输传感器数据或设备状态。协作应用在协作编辑应用中例如 Google DocsWebSocket 可以帮助多用户实时同步内容。
总结
HTTP 协议
是一种 无状态、单向 的协议客户端通过请求与服务器进行交互适用于请求-响应模型的通信如浏览网页、下载文件等。每次请求都需要重新建立连接并且包含一定的头部信息造成了较高的延迟和开销。不适合需要 实时数据交换 的应用。
WebSocket 协议
提供了 持久连接支持 双向、全双工 的通信适用于实时性要求高、需要低延迟和高频繁数据交换的应用如实时聊天、在线游戏、实时数据流如股票行情、直播视频等。一旦连接建立客户端和服务器可以随时发送和接收数据避免了频繁建立连接的开销提高了通信效率。
特性HTTP 协议WebSocket 协议协议类型无状态协议基于请求-响应模型双向全双工协议基于持久连接连接模式每次通信都需要建立新的连接无连接一旦建立连接通信会保持持续开放通信方式客户端发起请求服务器响应客户端和服务器都可以随时发送和接收数据数据传输基于请求-响应每次请求/响应时都需要传输头信息传输数据时不需要额外的头部信息开销更小传输效率相对较低频繁建立和断开连接带来高开销高效数据传输时无额外的连接建立和断开开销连接生命周期每次请求响应后连接关闭短暂连接保持打开状态直到主动关闭实时性请求和响应之间的延迟较高实时双向通信适合实时应用如在线聊天、游戏数据格式主要为文本/HTML二进制数据需要转换支持文本如 JSON和二进制如二进制流状态管理无状态每次请求相互独立有状态连接状态保持直到主动关闭协议使用场景网页加载、文件传输、浏览器与服务器的通信实时通信应用如即时消息、在线游戏、实时数据流安全性可以通过 HTTPS 进行加密传输可以通过 WSSWebSocket Secure加密传输头部信息每次请求都会有冗长的头部信息只有握手阶段需要头部信息之后没有头部开销协议设计基于请求-响应的客户端-服务器模型基于持久连接的双向通信模型连接模式无连接每个请求/响应都需要建立连接持久连接连接建立后可以进行持续的双向通信
