Http1.0~2演变与实践

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计网
AI摘要: 本文介绍了HTTP协议的演变，从HTTP1.0到HTTP2.0，并探讨了其优缺点。文章还讨论了如何在Nginx配置中启用HTTP2.0以提升浏览速度。

Http协议作为互联网时代的基石协议，至今已经演变了近30年。从当初简单的文本传输，到现在支持音频、视频、文本等各种信息，为了满足需求，Http从1.0演变到2.0。这里简单介绍下各个版本的Http优缺点。

HTTP协议的分层设计

| OSI七层网络模型 | TCP/IP四层概念模型 | 对应的网络协议 |

| --------------- | ------------------ | --------------- |

| 应用层 | 应用层 | HTTP，SMTP，FTP |

| 表示层 | 应用层 | Telnet |

| 会话层 | 应用层 | SMTP，DNS |

| 传输层 | 传输层 | TCP、UDP |

| 网络层 | 网络层 | IP、ICMP、ARP |

| 数据链路层 | 数据链路层 | Ethernet |

| 物理层 | 数据链路层 | IEEE 802.1A |

以一次实际的网络传输案例讲解：

image-20241120005814455

由于表示层和会话层已经很少提及，所以客户端和服务端的用户空间数据传输统称为应用层，比如我们浏览器中的HTTP请求;

HTTP请求需要基于传输层的TCP连接传输，其他协议的请求可能通过UDP连接请求;

TCP连接需要通过IP地址来确定传输目的地，这就是网络层 ;

IP地址需要转化为物理硬件的MAC地址来找到目标网卡，这就是数据链路层;

网卡的信息需要通过各种网络硬件设计（交换机、光纤）等传输，这就是物理层 ;

Http1.0

这是初代Http协议，无状态也无连接。

  • 无状态：请求并不会保存客户端的状态，（虽然可以通过Cookie和Session等方式另辟蹊径）；

  • 无连接：这里指的是无长连接，每一次Http请求都需要建立一条TCP连接，多次挥手和握手注定了它的效率低下；

Http1.1

随着请求的日益增多，频繁的挥手和握手成了了性能瓶颈。

Http1.1的重要优化思路就是多次http请求复用同一个TCP连接。具体而言，通过Keep-alive来告诉服务端保留TCP连接不关闭，当客户端发送两次Http请求，比如一个请求js文件，另外一个请求css文件，那么两次请求就会按照顺序复用同一个TCP连接, 这就是大名鼎鼎的长连接;

不过，两次请求是按照顺序来实现的。当第一次Http请求向服务端索要js文件的时候，第二个索要css文件的Http请求是无法执行的，必须要等第一次Http请求完全完成才能继续。一般来说，一个网站的js文件的体积大于css文件，对于客户端而言，优先获取到css文件渲染部门页面的用户留存率效果要远远好于先获取js文件再慢慢加载css文件。但是很可惜，Http请求并无法知道需要获取的数据包的大小，因此这里又埋下优化的伏笔。

除此之外，Http1.1还引入了其他的改进：

  • 更多的请求方法：delete、put、option；

  • 管道机制：在同一个TCP中，不用等待请求结束就可以发送下一个请求，看样子正好可以解决上述Http1.1的问题，但是实际上因为设计问题，无法实现，并不推荐使用；

  • 引入了Host：同一个IP可以部署多个网站，每个网站拥有不同的Host；

总而言之，这一代Http协议最大亮点便是同一个TCP上可以跑多个Http请求，但是同一时刻只能有一个Http请求处理。

Http2.0

这一代的Http协议发生了很多重大更新，不仅仅压缩了传输体积，而且提供了多路复用的能力，提高了传输效率。

image-20241120012101081

从上图可以看出，Http2.0在同一个TCP连接可以跑多个Http请求的基础上，在同一时刻也能跑多个Http请求，真正实现了同一连接、多个同时处理Http请求。主要的实现方式是通过二进制分帧，将请求和响应数据拆分成多个小的帧，每个帧都有一个唯一的标识符（Stream ID），这些帧可以在同一个连接中并行传输。这样一来，客户端和服务器就能够更高效地利用带宽，减少了延迟。

举个具体的例子，一个网站如果有很多图片，在HTTP1.0中，图片的请求都是在同一个TCP连接中，但是图片是一张一张显示的，后面的图片只会转圈圈等待，只有前一张图片请求完全之后才能轮到后一张图片；在HTTP2中，图片可以几乎瞬间同时显示，不存在先后等待关系。

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多路复用并没有解决头部阻塞问题。从上图可以看出，数据包（stream）在TCP层面依然是串行的，如果stream1发生丢包，肯定会激活TCP的重传机制导致阻塞，stream2和stream3老老实实地等着, 这个问题在HTTP3（QUIC）中才有解决之道。

最后，简单总结一下，HTTP2中的几个特点：

  1. 多路复用：多个请求和响应可以在同一个连接中并行处理，无需为每个请求建立新的连接，从而减少了连接建立和关闭的开销，这也是HTTP2最重要的特性！；

  2. 头部压缩：通过HPACK算法，Http2.0对HTTP头部进行压缩，显著减少了冗余数据的传输，提高了性能；

  3. 服务器推送：服务器可以主动向客户端推送资源，而无需客户端明确请求。这种机制可以加快页面加载速度，特别是在需要多个资源的情况下；

  4. 二进制协议：Http2.0使用二进制格式而非文本格式，这不仅提高了解析速度，还减少了出错的可能性。二进制格式使得协议更为简洁和高效；

优缺点对比

  • HTTP1

    • 队头阻塞

    • 传输效率低

    • 明文传输不安全

  • HTTP2

    • 多路复用：多个HTTP请求复用同一个TCP连接

    • 头部压缩

    • 二进制协议

nginx配置Http2.0




server{

        listen 443 ssl http2;

        server_name we1.top www.we1.top;



        ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/we1.top/fullchain.pem;

        ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/we1.top/privkey.pem;



        location / {

                proxy_pass http://blog;



                proxy_http_version 1.1;

                proxy_set_header Host $host;

                proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;

                proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;

                proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;

                proxy_read_timeout 90;

        }

}

通过开启Http2.0，本博客系统的浏览速度相比于之前得到了明显的提升。

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