计算机网络|【图解】HTTP/1.1到HTTP/2.0的演变网络|计算机网络|网络协议|h

文章目录

HTTP/1.1
- HTTP/1.1 相? HTTP/1.0 性能上的改进：
HTTP2
- - HTTP/1.1性能问题
  - HTTP2.0的优化：
  - 1. 头部压缩
  - 2. 二进制帧
  - 3. 并发传输(多路复用)
  - 4. 服务器主动推送资源

HTTP/1.1 HTTP/1.1 相? HTTP/1.0 性能上的改进：

使? TCP ?连接的?式改善了 HTTP/1.0 短连接造成的性能开销。
?持管道（pipeline）?络传输，只要第?个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第?个请求出去，可以减少整体的响应时间。

HTTP2 HTTP/1.1性能问题

延迟难以下降，虽然现在?络的「带宽」相?以前变多了，但是延迟降到?定幅度后，就很难再下降了，说?了就是到达了延迟的下限；
并发连接有限，?歌浏览器最?并发连接数是 6 个，?且每?个连接都要经过 TCP 和 TLS 握?耗时，以及TCP 慢启动过程给流?带来的影响；
队头阻塞问题，同?连接只能在完成?个 HTTP 事务（请求和响应）后，才能处理下?个事务；
HTTP 头部巨?且重复，由于 HTTP 协议是?状态的，每?个请求都得携带 HTTP 头部，特别是对于有携带cookie 的头部，? cookie 的??通常很?；
不?持服务器推送消息，因此当客户端需要获取通知时，只能通过定时器不断地拉取消息，这?疑浪费?了带宽和服务器资源。

尽管对 HTTP/1.1 协议的优化?段如此之多，但是效果还是不尽?意，因为这些?段都是对 HTTP/1.1 协议的“外部”做优化，??些关键的地?是没办法优化的，比如请求响应模型、头部巨?且重复、并发连接耗时、服务器不能主动推送等，要改变这些必须重新设计HTTP协议，于是HTTP/2 就出来了！
HTTP2.0的优化：
1. 头部压缩
HTTP 协议的报?是由「Header + Body」构成的，对于 Body 部分，HTTP/1.1 协议可以使?头字段「Content Encoding」指定 Body 的压缩?式，?如? gzip 压缩，这样可以节约带宽，但报?中的另外?部分 Header，是没有针对它的优化?段。
HTTP/1.1 报?中 Header 部分存在的问题：

含很多固定的字段，?如Cookie、User Agent、Accept 等，这些字段加起来也?达?百字节甚?上千字节，所以有必要压缩；
?量的请求和响应的报??有很多字段值都是重复的，这样会使得??带宽被这些冗余的数据占?了，所以必须要避免重复性；
字段是 ASCII 编码的，虽然易于?类观察，但效率低，所以有必要改成?进制编码；

HTTP/2 对 Header 部分做了?改造，把以上的问题都解决了。
HTTP/2 没使?常?的 gzip 压缩?式来压缩头部，?是开发了 HPACK 算法，HPACK 算法主要包含三个组成部分：

静态字典；
动态字典；
Huffman 编码（压缩算法）；

客户端和服务器两端都会建?和维护「字典」，??度较?的索引号表示重复的字符串，再? Huffman 编码压缩数据，可达到 50%~90% 的高压缩率。
2. 二进制帧
HTTP/2 厉害的地?在于将 HTTP/1 的?本格式改成?进制格式传输数据，极?提?了 HTTP 传输效率，?且?进制数据使?位运算能?效解析。
你可以从下图看到，HTTP/1.1 的响应和 HTTP/2 的区别：

文章图片

HTTP/2 把响应报?划分成了两个帧（Frame），图中的 HEADERS（?部）和 DATA（消息负载）是帧的类型，也就是说?条 HTTP 响应，划分成了两个帧来传输，并且采??进制来编码。
HTTP/2 ?进制帧的结构如下图：

文章图片

帧?度后?的?个字节是表示帧的类型，HTTP/2 总共定义了 10 种类型的帧，?般分为数据帧和控制帧两类，如下表格：

文章图片

帧类型后?的?个字节是标志位，可以保存 8 个标志位，?于携带简单的控制信息，?如：

END_HEADERS 表示头数据结束标志，相当于 HTTP/1 ?头后的空?（“\r\n”）；
END_STREAM 表示单?向数据发送结束，后续不会再有数据帧。
PRIORITY 表示流的优先级；

帧头的最后 4 个字节是流标识符（Stream ID），但最?位被保留不?，只有 31 位可以使?，因此流标识符的最?值是 2^31，?约是 21 亿，它的作?是?来标识该 Fream 属于哪个 Stream，接收?可以根据这个信息从乱序的帧?找到相同 Stream ID 的帧，从?有序组装信息。
最后?就是帧数据了，它存放的是通过 HPACK 算法压缩过的 HTTP 头部和包体。
3. 并发传输(多路复用)

HTTP/2 是可以在?个连接中并发多个请求或回应，?不?按照顺序??对应。

知道了 HTTP/2 的帧结构后，我们再来看看它是如何实现并发传输的。
我们都知道 HTTP/1.1 的实现是基于请求-响应模型的。同?个连接中，HTTP 完成?个事务（请求与响应），才能处理下?个事务，也就是说在发出请求等待响应的过程中，是没办法做其他事情的，如果响应迟迟不来，那么后续的请求是?法发送的，也造成了队头阻塞的问题。
? HTTP/2 就很?逼了，通过 Stream 这个设计，多个 Stream 复??条 TCP 连接，达到并发的效果，解决了HTTP/1.1 队头阻塞的问题，提?了 HTTP 传输的吞吐量。
为了理解 HTTP/2 的并发是怎样实现的，我们先来理解 HTTP/2 中的 Stream、Message、Frame 这 3 个概念。

文章图片

你可以从上图中看到：

1 个 TCP 连接包含?个或者多个 Stream，Stream 是 HTTP/2 并发的关键技术；
Stream ?可以包含 1 个或多个 Message，Message 对应 HTTP/1 中的请求或响应，由 HTTP 头部和包体构成；
Message ?包含?条或者多个 Frame，Frame 是 HTTP/2 最?单位，以?进制压缩格式存放 HTTP/1 中的内容（头部和包体）；

因此，我们可以得出 2 个结论：HTTP 消息可以由多个 Frame 构成，以及 1 个 Frame 可以由多个 TCP 报?构成。
在 HTTP/2 连接上，不同 Stream 的帧是可以乱序发送的（因此可以并发不同的 Stream ），因为每个帧的头部会携带 Stream ID 信息，所以接收端可以通过 Stream ID 有序组装成 HTTP 消息，?同?Stream内部的帧必须是严格有序的。
客户端和服务器双?都可以建? Stream， Stream ID 也是有区别的，客户端建?的 Stream 必须是奇数号，?服务器建?的 Stream 必须是偶数号。
HTTP/2 通过 Stream 实现的并发，? HTTP/1.1 通过 TCP 连接实现并发要?逼的多，因为当HTTP/2实现100 个并发Stream 时，只需要建??次TCP连接，?HTTP/1.1需要建?100个TCP连接，每个TCP连接都要经过TCP握?、慢启动以及TLS握?过程，这些都是很耗时的。
HTTP/2 还可以对每个 Stream 设置不同优先级，帧头中的「标志位」可以设置优先级，?如客户端访问HTML/CSS 和图?资源时，希望服务器先传递 HTML/CSS，再传图?，那么就可以通过设置 Stream 的优先级来实现，以此提??户体验。
4. 服务器主动推送资源
HTTP/1.1 不?持服务器主动推送资源给客户端，都是由客户端向服务器发起请求后，才能获取到服务器响应的资源。
【计算机网络|【图解】HTTP/1.1到HTTP/2.0的演变】?如，客户端通过 HTTP/1.1 请求从服务器那获取到了 HTML ?件，? HTML 可能还需要依赖 CSS 来渲染??，这时客户端还要再发起获取 CSS ?件的请求，需要两次消息往返，如下图左边部分：