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HTTP&HTTPS协议详解之HTTP篇

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一、HTTP简介

01.什么是HTTP

HTTP(HyperText Transfer Protocol ,超文本传输协议),是一个基于请求与响应的，无状态的，应用层的协议，常基于TCP/IP协议传输数据，互联网上应用最广泛的一种协议，所有的WWW文件必须遵守这个标准。

HTTP协议的设计初衷是为了提供一种发送和接受HTML页面的方法

02.HTTP发展史

  • HTTP/0.9版本（1991年）

特点：

    • 不涉及数据包传输，服务器只能回应HTML格式的字符串，不能回应别的格式
    • 只能以GET方式请求
    • 每次请求都需要重新建立TCP连接，服务器发送完毕就关闭TCP连接
    • 没有成为正式的标准

请求示例：

 

GET /index.html

 

响应示例：

<html>
  <body>Hello World</body>
</html>

 

  • HTTP/1.0版本（1996年）

特点：

    • 传输内容格式没有限制
    • 增加POST、HEAD命令
    • 请求和响应的格式变了，除了数据部分，每次通讯都必须包含头信息（HTTP Header）来描述一些元数据
    • 新增功能还包括状态码（status code）、多字符集支持、多部分发送（multi-part type）、权限（authorization）、缓存（cache）、内容编码（content encoding）等
    • 每次请求都需要重新建立TCP连接，服务器发送完毕就关闭TCP连接
    • 正式作为标准

请求示例：

GET / HTTP/1.0
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)
Accept: */*

响应示例：

HTTP/1.0 200 OK 
Content-Type: text/plain
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMT
Last-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMT
Server: Apache 0.84

<html>
  <body>Hello World</body>
</html>

 

  • HTTP/1.1版本（1997年）

特点：

    • 增加持久连接（persistent connection），即TCP连接默认不关闭，可以被多个请求复用
    • 引入管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。这样就进一步改进了HTTP协议的效率
    • 引入分块传输编码 （Chunked transfer encoding）机制，允许HTTP由網頁伺服器发送给客户端应用（ 通常是网页浏览器）的数据可以分成多个部分
    • 引入了许多动词方法：PUT、PATCH、OPTIONS、DELETE
    • 客户端请求的头信息新增了Host字段，用来指定服务器的域名

缺点：

虽然1.1版允许复用TCP连接，但是同一个TCP连接里面，所有的数据通信是按次序进行的。服务器只有处理完一个回应，才会进行下一个回应。要是前面的回应特别慢，后面就会有许多请求排队等着。这称为"队头堵塞"（Head-of-line blocking）。

 为了避免这个问题，只有两种方法：一是减少请求数，二是同时多开持久连接。这导致了很多的网页优化技巧，比如合并脚本和样式表、将图片嵌入CSS代码、域名分片（domain sharding）等等。如果HTTP协议设计得更好一些，这些额外的工作是可以避免的。

请求示例：

GET /?mkt=zh-CN HTTP/1.1
Host: cn.bing.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64; rv:72.0) Gecko/20100101 Firefox/72.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8,zh-TW;q=0.7,zh-HK;q=0.5,en-US;q=0.3,en;q=0.2
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: close
Cookie: SRCHD=AF=NOFORM; SRCHUID=V=2&GUID=8004E55B8C8B4137BACF748D4213FE40&dmnchg=1; SRCHUSR=DOB=20191024&T=1580718980000; _EDGE_V=1; MUID=19ADA0EFC0FC60B715E2AD10C1D26108; MUIDB=19ADA0EFC0FC60B715E2AD10C1D26108; SRCHHPGUSR=CW=1536&CH=728&DPR=1.25&UTC=480&WTS=63717770478&HV=1582173694; ABDEF=MRB=1580624806993&MRNB=0; SNRHOP=I=&TS=; _EDGE_S=mkt=zh-cn&SID=32482CF6BD916165130F2280BCBF60A9; _SS=SID=32482CF6BD916165130F2280BCBF60A9&bIm=376; ipv6=hit=1582177279658&t=4
Upgrade-Insecure-Requests: 1
Pragma: no-cache
Cache-Control: no-cache

响应示例：

HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: private, max-age=0
Content-Length: 112682
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Vary: Accept-Encoding
P3P: CP="NON UNI COM NAV STA LOC CURa DEVa PSAa PSDa OUR IND"
Set-Cookie: SNRHOP=I=&TS=; domain=.bing.com; path=/
Strict-Transport-Security: max-age=31536000; includeSubDomains; preload
X-MSEdge-Ref: Ref A: A5F96665F8534BC1858A0E1C7D198764 Ref B: BJ1EDGE0106 Ref C: 2020-02-20T04:43:04Z
Set-Cookie: _EDGE_S=mkt=zh-cn&SID=32482CF6BD916165130F2280BCBF60A9; path=/; httponly; domain=bing.com
Date: Thu, 20 Feb 2020 04:43:03 GMT
Connection: close

 

  • HTTP/2版本（2015年）

特点：

    • 彻底的二进制协议，头信息和数据体都是二进制，并且统称为"帧"（frame）：头信息帧和数据帧。
    • 多工（Multiplexing），复用TCP连接，在一个连接里，客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应，而且不用按照顺序一一对应，这样就避免了"队头堵塞"。
    • 引入数据流机制
    • 引入了头信息压缩机制（header compression）。
    • 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源，这叫做服务器推送（server push）。

 

04.什么是C/S架构?什么是B/S架构?

  • C/S(Client/Sever)客户机和服务器架构
  • B/S(Bower/Sever)浏览器和服务器架构

 

二、HTTP消息结构

01.统一资源定位符(URL)

URL,全称是UniformResourceLocator, 中文叫统一资源定位符,是互联网上用来标识某一处资源的地址。

 

协议方案名：http、ftp、mailto、file

登录信息：如果需要网页认证时，需要填写该参数，所以是可选项

服务器地址：可以是IP地址形式，也可以是能被DNS服务器解析成IP地址的域名形式

端口号：指定服务器连接的端口号，选填，不填则默认为本协议的端口号（HTTP：80，HTTPS：443）

带层次的文件路径：获取资源在服务器中的具体地址

查询字符串：针对以指定路径的资源，可使用查询字符串来获取想要的参数，此项也是可选项

片段标识符：又名hash,来标记以获取资源中的子资源（在文档中的某个位置）

 

02.统一资源标识符 (URI)

统一资源标识符（Uniform Resource Identifier）一个用于标识某一互联网资源名称的字符串。

该种标识允许用户对网络中（一般指万维网）的资源通过特定的协议进行交互操作。URI的最常见的形式是统一资源定位符（URL），经常指定为非正式的网址。更罕见的用法是统一资源名称（URN），其目的是通过提供一种途径。用于在特定的命名空间资源的标识，以补充网址。

 

 

03.HTTP之请求消息Request

 1.HTTP报文格式（HTTP请求）

HTTP请求由请求行（request line）、请求头部（header）、空行和请求数据四个部分组成。

 

2.HTTP请求方法

HTTP/1.1协议中共定义了八种方法（有时也叫“动作”）来表明Request-URI指定的资源的不同操作方式：

OPTIONS - 返回服务器针对特定资源所支持的HTTP请求方法。也可以利用向Web服务器发送'*'的请求来测试服务器的功能性。
HEAD- 向服务器索要与GET请求相一致的响应，只不过响应体将不会被返回。这一方法可以在不必传输整个响应内容的情况下，就可以获取包含在响应消息头中的元信息。该方法常用于测试超链接的有效性，是否可以访问，以及最近是否更新。
GET - 向特定的资源发出请求。注意：GET方法不应当被用于产生“副作用”的操作中，例如在web app.中。其中一个原因是GET可能会被网络蜘蛛等随意访问。
POST - 向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST请求可能会导致新的资源的建立和/或已有资源的修改。
PUT - 向指定资源位置上传其最新内容。
DELETE - 请求服务器删除Request-URI所标识的资源。
TRACE- 回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断。
CONNECT - HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。
PATCH - 用来将局部修改应用于某一资源，添加于规范RFC5789。

 

 3.HTTP常见的请求头部字段名（在HTTP/1.1 协议中，所有的请求头，除Host外，都是可选的）

  • X-Forwarded-For：用来表示HTTP请求端的真实IP，被各大HTTP代理、负载均衡等转发服务广泛使用

  • Cache-Control：指定请求和响应遵循的缓存机制。缓存指令是单向的（响应中出现的缓存指令在请求中未必会出现），且是独立的（在请求消息或响应消息中设置Cache-Control并不会修改另一个消息处理过程中的缓存处理过程）。请求时的缓存指令包括no-cache、no-store、max-age、max-stale、min-fresh、only-if-cached，响应消息中的指令包括public、private、no-cache、no-store、no-transform、must-revalidate、proxy-revalidate、max-age、s-maxage。

Cache-Control:Public 可以被任何缓存所缓存
Cache-Control:Private 内容只缓存到私有缓存中
Cache-Control:no-cache 所有内容都不会被缓存
Cache-Control:no-store 用于防止重要的信息被无意的发布。在请求消息中发送将使得请求和响应消息都不使用缓存。
Cache-Control:max-age 指示客户机可以接收生存期不大于指定时间（以秒为单位）的响应。
Cache-Control:min-fresh 指示客户机可以接收响应时间小于当前时间加上指定时间的响应。
Cache-Control:max-stale 指示客户机可以接收超出超时期间的响应消息。如果指定max-stale消息的值，那么客户机可以接收超出超时期指定值之内的响应消息。

  • Accept：浏览器端可以接受的MIME类型。例如：Accept: text/html 代表浏览器可以接受服务器回发的类型为 text/html 也就是我们常说的html文档，如果服务器无法返回text/html类型的数据，服务器应该返回一个406错误(non acceptable)。通配符 * 代表任意类型，例如 Accept: */* 代表浏览器可以处理所有类型，(一般浏览器发给服务器都是发这个)。

  • Accept-Encoding：浏览器申明自己可接收的编码方法，通常指定压缩方法，是否支持压缩，支持什么压缩方法（gzip，deflate）;Servlet能够向支持gzip的浏览器返回经gzip编码的HTML页面。许多情形下这可以减少5到10倍的下载时间。例如： Accept-Encoding: gzip, deflate。如果请求消息中没有设置这个域，服务器假定客户端对各种内容编码都可以接受。

  • Accept-Language：浏览器申明自己接收的语言。语言跟字符集的区别：中文是语言，中文有多种字符集，比如big5，gb2312，gbk等等；例如：Accept-Language: en-us。如果请求消息中没有设置这个报头域，服务器假定客户端对各种语言都可以接受。

  • Accept-Charset：浏览器可接受的字符集。如果在请求消息中没有设置这个域，缺省表示任何字符集都可以接受。

  • User-Agent：告诉HTTP服务器，客户端使用的操作系统和浏览器的名称和版本。例如： User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 8.0; Windows NT 5.1; Trident/4.0; CIBA; .NET CLR 2.0.50727; .NET CLR 3.0.4506.2152; .NET CLR 3.5.30729; .NET4.0C; InfoPath.2; .NET4.0E)。

  • Content-Type：例如：Content-Type: application/x-www-form-urlencoded。

  • Referer：包含一个URL，用户从该URL代表的页面出发访问当前请求的页面。提供了Request的上下文信息的服务器，告诉服务器我是从哪个链接过来的，比如从我主页上链接到一个朋友那里，他的服务器就能够从HTTP Referer中统计出每天有多少用户点击我主页上的链接访问他的网站。例如: Referer:http://translate.google.cn/?hl=zh-cn&tab=wT

  • Connection：例如：Connection: keep-alive 当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。HTTP 1.1默认进行持久连接。利用持久连接的优点，当页面包含多个元素时（例如Applet，图片），显著地减少下载所需要的时间。要实现这一点，Servlet需要在应答中发送一个Content-Length头，最简单的实现方法是：先把内容写入ByteArrayOutputStream，然后在正式写出内容之前计算它的大小。Connection: close 代表一个Request完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接会关闭，当客户端再次发送Request，需要重新建立TCP连接。

  • Host：（发送请求时，该头域是必需的）主要用于指定被请求资源的Internet主机和端口号，它通常从HTTP URL中提取出来的。HTTP/1.1请求必须包含主机头域，否则系统会以400状态码返回。例如: 我们在浏览器中输入：http://www.guet.edu.cn/index.html，浏览器发送的请求消息中，就会包含Host请求头域：Host：http://www.guet.edu.cn，此处使用缺省端口号80，若指定了端口号，则变成：Host：指定端口号。

  • Cookie：最重要的请求头之一, 将cookie的值发送给HTTP服务器。

  • Content-Length：表示请求消息正文的长度。例如：Content-Length: 38。

  • Authorization：授权信息，通常出现在对服务器发送的WWW-Authenticate头的应答中。主要用于证明客户端有权查看某个资源。当浏览器访问一个页面时，如果收到服务器的响应代码为401（未授权），可以发送一个包含Authorization请求报头域的请求，要求服务器对其进行验证。

  • From：请求发送者的email地址，由一些特殊的Web客户程序使用，浏览器不会用到它。

  • Range：可以请求实体的一个或者多个子范围。例如，

 

 

04.HTTP之响应消息Response

1.HTTP报文格式（HTTP响应）

 

  • 状态行由三部分组成，分别为：协议版本、状态码、状态码描述，之间由空格间隔
  • 响应头部与请求头部类似，也包含了很多有用信息
  • 空行，这一行非常重要，表示响应头的结束
  • 响应正文，服务器返回的文档，最常见的为HTML网页

 

2.HTTP常见的状态码

状态代码有三位数字组成，第一个数字定义了响应的类别，共分五种类别:

1xx：指示信息--表示请求已接收，继续处理

2xx：成功--表示请求已被成功接收、理解、接受

3xx：重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作

4xx：客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现

5xx：服务器端错误--服务器未能实现合法的请求

200 OK                        //客户端请求成功
400 Bad Request               //客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解
401 Unauthorized              //请求未经授权，这个状态代码必须和WWW-Authenticate报头域一起使用 
403 Forbidden                 //服务器收到请求，但是拒绝提供服务
404 Not Found                 //请求资源不存在，eg：输入了错误的URL
500 Internal Server Error     //服务器发生不可预期的错误
503 Server Unavailable        //服务器当前不能处理客户端的请求，一段时间后可能恢复正常

 

3.HTTP常见响应头部字段名

  • Allow：服务器支持哪些请求方法（如GET、POST等）

  • Date：表示消息发送的时间，时间的描述格式由rfc822定义。

  • Expires：指明应该在什么时候认为文档已经过期，从而不再缓存它，重新从服务器获取，会更新缓存。过期之前使用本地缓存。HTTP1.1的客户端和缓存会将非法的日期格式（包括0）看作已经过期。

  • P3P：用于跨域设置Cookie, 这样可以解决iframe跨域访问cookie的问题 

  • Set-Cookie：非常重要的header, 用于把cookie发送到客户端浏览器，每一个写入cookie都会生成一个Set-Cookie。

  • ETag：和If-None-Match 配合使用。

  • Last-Modified：用于指示资源的最后修改日期和时间。Last-Modified也可用setDateHeader方法来设置。

  • Content-Type：WEB服务器告诉浏览器自己响应的对象的类型和字符集。Servlet默认为text/plain，但通常需要显式地指定为text/html。由于经常要设置Content-Type，因此HttpServletResponse提供了一个专用的方法setContentType。可在web.xml文件中配置扩展名和MIME类型的对应关系。

  • Content-Range：用于指定整个实体中的一部分的插入位置，他也指示了整个实体的长度。在服务器向客户返回一个部分响应，它必须描述响应覆盖的范围和整个实体长度。一般格式：Content-Range:bytes-unitSPfirst-byte-pos-last-byte-pos/entity-length。

  • Content-Length：指明实体正文的长度，以字节方式存储的十进制数字来表示。在数据下行的过程中，Content-Length的方式要预先在服务器中缓存所有数据，然后所有数据再一股脑儿地发给客户端。只有当浏览器使用持久HTTP连接时才需要这个数据。如果你想要利用持久连接的优势，可以把输出文档写入ByteArrayOutputStram，完成后查看其大小，然后把该值放入Content-Length头，最后通过byteArrayStream.writeTo(response.getOutputStream()发送内容。

  • Content-Encoding：WEB服务器表明自己使用了什么压缩方法（gzip，deflate）压缩响应中的对象。只有在解码之后才可以得到Content-Type头指定的内容类型。利用gzip压缩文档能够显著地减少HTML文档的下载时间。Java的GZIPOutputStream可以很方便地进行gzip压缩，但只有Unix上的Netscape和Windows上的IE 4、IE 5才支持它。因此，Servlet应该通过查看Accept-Encoding头（即request.getHeader("Accept-Encoding")）检查浏览器是否支持gzip，为支持gzip的浏览器返回经gzip压缩的HTML页面，为其他浏览器返回普通页面。

  • Content-Language：WEB服务器告诉浏览器自己响应的对象所用的自然语言。没有设置该域则认为实体内容将提供给所有的语言阅读。

  • Server：指明HTTP服务器用来处理请求的软件信息。。

  • X-AspNet-Version：如果网站是用ASP.NET开发的，这个header用来表示ASP.NET的版本。

  • X-Powered-By：表示网站是用什么技术开发的。

  • Connection：例如：Connection: keep-alive 当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Connection: close 代表一个Request完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接会关闭，当客户端再次发送Request，需要重新建立TCP连接。

  • Location：用于重定向一个新的位置，包含新的URL地址。表示客户应当到哪里去提取文档。Location通常不是直接设置的，而是通过HttpServletResponse的sendRedirect方法，该方法同时设置状态代码为302。Location响应报头域常用在更换域名的时候。

  • Refresh：表示浏览器应该在多少时间之后刷新文档，以秒计。除了刷新当前文档之外，你还可以通过setHeader("Refresh", "5; URL=http://host/path")让浏览器读取指定的页面。注意这种功能通常是通过设置HTML页面HEAD区的<META HTTP-EQUIV="Refresh" CONTENT="5;URL=http://host/path">实现，这是因为，自动刷新或重定向对于那些不能使用CGI或Servlet的HTML编写者十分重要。但是，对于Servlet来说，直接设置Refresh头更加方便。注意Refresh的意义是“N秒之后刷新本页面或访问指定页面”，而不是“每隔N秒刷新本页面或访问指定页面”。因此，连续刷新要求每次都发送一个Refresh头，而发送204状态代码则可以阻止浏览器继续刷新，不管是使用Refresh头还是<META HTTP-EQUIV="Refresh" ...>。注意Refresh头不属于HTTP 1.1正式规范的一部分，而是一个扩展，但Netscape和IE都支持它。

三、HTTP工作原理

  • A.客户端通过TCP三次握手与服务器建立连接

  • B.TCP建立连接成功后，向服务器发送HTTP请求

  • C.服务器接收到HTTP请求后，向客户端发送HTTP响应

  • D.客户端通过TCP四次断开，与服务器断开TCP连接

 

 

 

四、引用链接

  • 一篇比较全的HTTP协议详解

  • HTTP 协议入门

  • HTTP, by Wikipedia

  • 《图解HTTP》

未完，待续。。。。。。

更多精彩文章请关注公众号 白帽技术与网络安全

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