图解HTTP - 基于HTTP的功能追加协议

1. 基于HTTP的协议

在建立HTTP标准规范时，制订者主要想把HTTP当作传输HTML文档的协议。

随着时代的发展，Web的用途更具多样性，比如演化成在线购物网站、SNS、企业或组织内部的各种管理工具，等等。

而这些网站所追求的功能可通过Web应用和脚本程序实现。

即使这些功能已经满足需求，在性能上却未必最优，这是因为HTTP协议上的限制以及自身性能有限。

HTTP功能上的不足可通过创建一套全新的协议来弥补。

可是目前基于HTTP的Web浏览器的使用环境已遍布全球，因此无法完全抛弃HTTP。

有一些新协议的规则是基于HTTP的，并在此基础上添加了新的功能。

2. 消除HTTP瓶颈的SPDY

Google在2010年发布了SPDY，其开发目标旨在解决HTTP的性能瓶颈，缩短Web页面的加载时间。

SPDY – The Chormium Project

2.1 HTTP的瓶颈

在Facebook和Twitter等SNS网站上，几乎能够实时观察到海量用户公开发布的内容，这也是一种乐趣。

当几百、几千万的用户发布内容时，Web网站为了保存这些新增内容，在很短的时间内就会发生大量的内容更新。

为了尽可能实时地显示这些更新的内容，服务器上一有内容更新，就需要直接把那些内容反馈到客户端的界面上。

虽然看起来挺简单的，但HTTP却无法妥善地处理好这项任务。

使用HTTP协议探知服务器上是否有内容更新，就必需频繁地从客户端到服务器端进行确认。

如果服务器上没有内容更新，那么就会产生徒劳的通信。

若想在现有Web实现所需的功能，以下这些HTTP标准就会成为瓶颈。

一条连接上只可发送一个请求。
请求只能从客户端开始。客户端不可以接受除响应以外的指令。
请求/响应首部未经压缩就发送。首部信息越多延迟越大。
发送冗长的首部。每次互相发送相同的首部造成的浪费较多。
可任意选择数据压缩格式。非强制压缩发送。

Ajax的解决方法

Ajax是一种有效利用JavaScript和DOM的操作，以达到局部Web页面替换加载的异步通信手段。

和以前的同步通信相比，由于它只更新一部分页面，响应中传输的数据量会因此而减少，这一优点显而易见。

Ajax的核心技术是名为XMLHttpRequest的API，通过JavaScript脚本语言的调用就能和服务器进行HTTP通信。

借由这种手段，就能从已加载完毕的Web页面上发起请求，只更新局部页面。

而利用Ajax实时地从服务器获取内容，有可能会导致大量请求产生。

另外，Ajax仍未解决HTTP协议本身存在的问题。

Comet的解决方法

一旦服务器端有内容更新了，Comet不会让请求等待，而是直接给客户端返回响应。

这是一种通过延迟应答，模拟实现服务器端向客户端推送那个(Server Push)的功能。

通常，服务器端接收到请求，在处理完毕后就会立即返回响应，但为了实现推送功能，Comet会先将响应置于挂起状态，当服务器端有内容更新时，再返回该响应。

因此，服务器端一旦有更新，就可以立即反馈给客户端。

内容上虽然可以做到实时更新，但是为了保留响应，一次连接的持续时间也变长了。

期间，为了维持连接会消耗更多的资源。

另外，Comet也仍未解决HTTP协议本身存在的问题。

SPDY的目标

陆续出现的Ajax和Comet等提高易用性的技术，一定程度上使HTTP得到了改善，但HTTP协议本身的限制也令人有些束手无策。

为了进行根本性的改善，需要有一些协议层面上的改动。

处于持续开发状态中的SPDY协议，正是为了在协议级别消除HTTP所遭遇的瓶颈。

2.2 SPDY的设计与功能

SPDY没有完全改写HTTP协议，而是在TCP/IP的应用层与传输层之间通过新加会话层的形式运作。

同时，考虑到安全性问题，SPDY规定通信中使用SSL。

SPDY以会话层的形式加入，控制对数据的流动，但还是采用HTTP建立通信连接。

因此，可照常使用HTTP的GET和POST等方法、Cookie以及HTTP报文等。

使用SPDY后，HTTP协议额外获得以下功能。

多路复用流

通过单一的TCP连接，可以无限制处理多个HTTP请求。

所有请求的处理都在一条TCP连接上完成，因此TCP的处理效率得到提高。

赋予请求优先级

SPDY不仅可以无限制地并发处理请求，还可以给请求逐个分配优先级顺序。

这样主要是为了在发送多个请求时，解决因带宽低和导致响应变慢的问题。

压缩HTTP首部

压缩HTTP请求和响应的首部。

这样一来，通信产生的数据包数量和发送的字节数就更少了。

推送功能

支持服务器主动向客户端推送数据的功能。

这样，服务器可直接发送数据，而不必等待客户端的请求。

服务器提示功能

服务器可以主动提示客户端请求所需的资源。

由于在客户端发现资源之前就可以获知资源的存在，因此在资源已缓存等情况下，可以避免发送不必要的请求。

2.3 SPDY消除Web瓶颈了吗

希望使用SPDY时，Web的内容端不必做什么特别改动，而Web浏览器及Web服务器都要为对应SPDY做出一定程度上的改动。

有好几家Web浏览器已经针对SPDY做出了相应的调整。另外，Web服务器也进行了实验性质的应用，但把该技术导入实际的Web网络却进展不佳。

因为SPDY基本上只是将单个域名的通信多路复用，所以当一个Web网站上使用多个域名下的资源，改善效果就会受到限制。

SPDY的确是一种可有效消除HTTP瓶颈的技术，但很多Web网站存在的问题并非仅仅是由HTTP瓶颈所导致。

对Web本身的速度提升，还应该从其他可细致钻研的地方入手，比如改善Web内容的编写方式等。

3. 使用浏览器进行全双工通信的WebSocket

利用Ajax和Comet技术进行通信可以提升Web的浏览速度。

但问题在于通信若使用HTTP协议，就无法彻底解决瓶颈问题。

WebSocket网络技术正是为解决这些问题而实现的一套新协议及API。

当时筹划将WebSocket作为HTML5标准的一部分，而现在它却逐渐变成了独立的协议标准。

WebSocket通信协议在2011年12月11日，被RFC 6455 – The WebSocket Protocol定为标准。

3.1 WebSocket的设计与功能

WebSocket，即Web浏览器与Web服务器之间全双工通信标准。

其中，WebSocket协议由IETF定为标准，WebSocket API由W3C定为标准。

仍在开发中的WebSocket技术主要是为了解决Ajax和Comet里XMLHttpRequest附带的缺陷所引起的问题。

3.2 WebSocket协议

一旦Web服务器与客户端之间建立起WebSocket协议的通信连接，之后所有的通信都依靠这个专用协议进行。

通信过程中可互相发送JSON、XML、HTML或图片等任意格式的数据。

由于是建立在HTTP基础上的协议，因此连接的发起方仍是客户端，而一旦确立WebSocket通信连接，不论服务器还是客户端，任意一方都可直接向对方发送报文。

下面我们列举一下WebSocket协议的主要特点。

推送功能

支持由服务器向客户端推送数据的推送功能。

这样，服务器可直接发送数据，而不必等待客户端的请求。

减少通信量

只要建立起WebSocket连接，就希望一直保持连接状态。

和HTTP相比，不但每次连接时的总开销减少，而且由于WebSocket的首部信息很小，通信量也相应减少了。

为了实现WebSocket通信，在HTTP连接建立之后，需要完成一次”握手”的步骤。

握手·请求

为了实现WebSocket通信，需要用到HTTP的Upgrade首部字段，告知服务器通信协议发生改变，以达到握手的目的。

HTTP

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade:websocket
Connection:Upgrade
Sec-WebSocket-Ket:adASDKJHAJDHJSDJ==
Origin:http://example.com
Sec-Websocket-protocol: chate , superchat
Sec-Websocket-Version:13

Sec-WebSocket-Key字段内记录着握手过程中必不可少的键值。

Sec-WebSocket-Protocol字段内记录使用的子协议。

子协议按WebSocket协议标准在连接分开使用时，定义那些连接的名称。

握手·响应

对于之前的请求，返回状态码101Switching Protocols的响应。

HTTP

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade:websocket
Connection:Upgrade
Sec-WebSocket-Ket:adASDKJHAJDHJSDJ==
Sec-Websocket-protocol: chate , superchat

Sec-WebSocket-Accept的字段值是由握手请求中的Sec-WebSocket-Key的字段值生成的。

成功握手确立WebSocket连接之后，通信时不再使用HTTP的数据帧，而采用WebSocket独立的数据帧。

WebSocket API

JavaScript可调用”The WebSocket API”内提供的WebSocket程序接口，以实现WebSocket协议下全双工通信。

以下为调用WebSocketAPI，每50ms发送一次数据的实例。

JavaScript

var socket = new WebSocket('ws:/game.example.com:12010/updates');
socket.onopen = function()
{
   setInterval(function(){
   if(socket.bufferedAmount == 0)
      socket.send(getUpdateData());
      },50);
}

4. 期盼已久的HTTP/2.0

目前主流的HTTP/1.1标准，自1999年发布的RFC2616之后再未进行过改订。

SPDY和WebSocket等技术纷纷出现，很难断言HTTP/1,1仍是适用于当下的Web的协议。

负责互联网技术标准IETF创立httpbis工作组，其目标是推进下一代HTTP——HTTP/2.0在2014年11月实现标准化。

HTTP/2.0的特点

HTTP/2.0的目标是改善用户在使用Web时的速度体验。

由于基本上都会先通过HTTP/1.1与TCP连接，现在我们以下面的这些协议为基础，探讨一下它们的实现方法。

SPDY
HTTP Speed + Mobility
Network-Friendly HTTP Upgrade

HTTP Speed + Mobility由微软公司起草，是用于改善并提高移动端通信时的通信速度和性能的标准。

它建立在Google公司提出的SPDY与WebSocket的基础之上。

Network-Friendly HTTP Upgrade 主要是在移动端通信时改善HTTP性能的标准。

HTTP/2.0的7项技术及讨论

HTTP/2.0围绕着主要的7项技术进行讨论

压缩	SPDY、Friendly
多路复用	SPDY
TLS义务化	Speed + Mobility
协商	Speed + Mobility
客户端拉拽/服务器推送
流量控制	SPDY
WebSocket	Speed + Mobility

5. Web服务器管理文件的WebDAV

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