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架构师-网络文章汇总

HTTP 2.0协议是在SPDY（一种旨在加速网络传输的实验性协议，隶属于Chromium项目）这一基础上发展而来的，代表了互联网通信协议的下一代技术。HTTP/2的目标在于通过实现请求与响应的多路并行处理来减少延迟，借助压缩HTTPS头部信息以降低协议的总体开销，并且提升了请求的优先级处理能力，以及增强了服务器端主动推送功能。

本文旨在深入探究HTTP 2.0的工作机制kaiyun全站网页版登录，并对其通信过程中的具体环节进行详尽分析。

1. 二进制分帧层

二进制分帧层，是HTTP 2.0性能增强的核心。

HTTP 1.x在应用层以纯文本方式实现数据交互，而HTTP 2.0则将传输内容细分为更小的消息与帧，并采用二进制格式进行编码。因此，客户端与服务器端均需采纳新的二进制编码与解码技术。

如图中所示，HTTP 2.0并未对HTTP 1.x的语义进行改动，其传输方式仅是在应用层采用了二进制分帧技术。

因此，也引入了新的通信单位：

1.1 帧（frame）

HTTP 2.0传输中的基本构成要素涵盖帧头部、流标签、优先级设置以及帧负载内容等。

其中，帧类型又可以分为：

标志位在区分不同帧类型时，负责设定特定的信息标识。以DATA帧为例，它可以通过End Stream: true来表明消息传输的结束。此外，流标识位用于指明帧所属的特定流ID。在HEADERS帧中，优先值用来表示请求的优先程度。而R则代表保留位。

下面是Wireshark抓包的一个DATA帧：

1.2 消息（message）

信息指的是在逻辑层面上的HTTP信息，包括请求与响应两种类型。一个完整的消息通常由多个数据帧构成。以请求消息为例，它可能由一系列的DATA帧以及一个HEADERS帧共同组成。

1.3 流（stream）

流充当着连接的虚拟通道，它能够实现信息的双向传递。每个流都配备了一个独一无二的整数作为标识。为了避免在两端出现流ID的重复，客户端创建的流拥有奇数ID，而服务器端创建的流则拥有偶数ID。

HTTP 2.0的通信过程均在单一的TCP连接中进行，该连接能够支持不限数量的双向数据流Stream。这些数据流以消息的形式进行传输，而每个消息则由一个或多个帧构成。这些帧的发送可以不受顺序限制，随后会根据每个帧头部携带的流标识符进行重新排列组合。

二进制分帧层确保了HTTP的语义保持不变，这涵盖了头部信息、请求方法等关键部分，从应用层的视角来看，与HTTP 1.x版本并无二致。此外，所有源自同一主机的通信操作都可以在单一的TCP连接中得以实现。

2. 多路复用共享连接

在二进制分帧层的支持下，HTTP 2.0能够在同一TCP连接中并发传输请求与响应。它将HTTP消息细分为单个帧，确保了消息语义的完整性，然后这些帧被交错发送。在接收端，依据流ID和头部信息，这些帧被重新组装。

让我们来比较一下HTTP 1.x与HTTP 2.0版本。在忽略1.x的pipeline功能的前提下，两者的四层通信均基于一个TCP连接。客户端向服务器发送了三个图片请求，分别是/image1.jpg、/image2.jpg以及/image3.jpg。

在HTTP 1.x版本中，请求的发送是按照顺序进行的开yun体育app官网网页登录入口，只有当image1的响应到来之后，才能继续发送image2的请求，同理，只有image2的响应返回之后，才能启动image3的请求。

HTTP 2.0在建立TCP连接之后，会同时处理三个数据流。客户端会无序地向服务器发送stream1至stream3的DATA帧。在此过程中，服务器也已经开始向客户端回传stream 1的DATA帧。

性能一对比，高下立判。HTTP 2.0有效克服了HTTP 1.x中的队首阻塞难题（尽管TCP层的阻塞问题仍未得到解决），而且，它不再依赖pipeline机制来通过多条TCP连接实现并行请求与响应。这样的改进显著降低了TCP连接数量，从而对服务器的性能提升起到了重要作用。

3. 请求优先级

流可以带有一个31bit的优先级：

客户端对优先级进行了明确设定，服务端便能够依据这一优先级来处理交互数据，例如当客户端将优先级设定为.css>.js>.jpg（详情可参考《高性能网站建设指南》）时，服务端依照优先级返回结果，这样做有助于更高效地使用底层连接，从而提升用户的使用体验。

然而，也不能过分迷信请求优先级，仍然要注意以下问题：

4. 服务端推送

HTTP 2.0引入了服务端推送特性，允许服务器依据客户端的请求预先生成并传递多个响应，向客户端发送额外的资源。例如，客户端发起对stream 1以及/page.html的请求，服务器在发送stream 1的相关信息时，一并推送了stream 2的资源/script.js和stream 4的资源/style.css。

PUSH_PROMISE帧作为一种信号，由服务端主动发送给客户端，旨在传达推送资源的意图。

Apache mod_headers example

    Header add Link ";rel=preload"
    Header add Link ";rel=preload"
12345

5. 首部压缩

在HTTP 1.x中，每次进行通信（无论是请求还是响应）时，都会附带一些首部信息，这些信息用于阐述资源的特性。而在HTTP 2.0版本中，客户端与服务器之间会运用一个“首部表”来追踪并保存之前已发送的键值对。这个首部表在连接的全过程中持续存在，每当有新的键值对产生，它们就会被添加到表的末尾。因此，在通信过程中，就无需每次都携带首部信息了。

此外，HTTP 2.0引入了首部压缩技术，该技术采用了HPACK压缩算法。这一措施使得报头更加紧凑，传输速度得到提升，对于移动网络环境尤为有益。

需留意的是，HTTP 2.0主要聚焦于首部信息的压缩，而我们所熟知的gzip等工具则是对报文内容（body）进行压缩。这两种压缩方式并不相互矛盾，反而可以协同作用，实现更为显著的压缩效果。

6. 一个完整的HTTP 2.0通信过程

在探讨一个问题时，我们需思考客户端如何确认服务端是否具备HTTP 2.0的兼容性，以及是否能够对二进制分帧层的编码与解码进行操作。因此，在客户端与服务器端采用HTTP 2.0进行通信之前，必须经历一个协议的协商阶段。

6.1 基于ALPN的协商过程

支持HTTP 2.0的浏览器能够自主在TLS会话层进行协议协商，进而判断是否采用HTTP 2.0进行通信。该机制基于TLS 1.2版本引入的扩展字段，旨在支持协议的进一步扩展。在此过程中，ALPN协议（即应用层协议协商，原名为NPN）负责在客户端与服务器之间进行协议的协商。

服务端配置了ALPN协议，对443端口进行监听，以此默认提升HTTP 1.1的效率，同时支持与其他协议进行协商，例如SPDY和HTTP 2.0。

例如，在TLS握手过程中的Client Hello阶段，客户端会声明其具备HTTP 2.0的兼容性。

服务端在接收到信息后，向对方发送了Server Hello的响应，以此表明自身同样能够支持HTTP 2.0协议。随后，双方便开始了基于HTTP 2.0的通信过程。

6.2 基于HTTP的协商过程

难道HTTP 2.0的运用就必然是HTTPS（TLS 1.2）的专属权益吗？

当然并非如此，客户终端即便采用HTTP协议，同样能够启动HTTP 2.0的通信方式。由于HTTP 1.0与HTTP 2.0均采用相同的端口80，且无法获取服务器是否支持HTTP 2.0的相关信息，因此客户端只能借助HTTP Upgrade机制（如OkHttp、nghttp2等组件，或自行编码实现）来协商并确定合适的通信协议。

HTTP Upgrade request
GET / HTTP/1.1
host: nghttp2.org
连接：提升，采用HTTP2配置
执行带有HTTP2.0升级头的请求操作，即发送一个包含HTTP2.0升级信息的请求。
客户端使用的HTTP2配置为：AAMAAABkAAQAAP__，这表示的是客户端的SETTINGS数据负载。
user-agent: nghttp2/1.9.0-DEV
HTTP Upgrade response    
HTTP/1.1 101 协议切换成功，表示服务器已接受升级请求，准备从HTTP 1.1版本过渡至HTTP 2.0。
Connection: Upgrade
Upgrade: h2c
HTTP升级操作顺利完成，协商过程圆满结束。

6.3 完整通信过程

TCP连接建立：

TLS握手和HTTP 2.0通信过程：

此外，您还可以在Chrome浏览器中，通过访问chrome://net-internals/#http2这一路径，来捕捉HTTP 2.0的通信细节。

42072: HTTP2_SESSION
textlink.simba.taobao.com端口为443，通过代理服务器10.19.110.55，端口号8080进行连接。
起始时间：二〇一七年四月五日十一点三十九分十一秒四百五十九毫秒
时间戳为370225，起始时间为0，事件类型为HTTP2_SESSION，持续时间超过32475。
主机地址设定为textlink.simba.taobao.com，端口号为443。
设置代理为“PROXY 10.19.110.55端口8080”。
时间戳为370225，起始时间为0，HTTP2会话初始化完成。
                       --> protocol = "h2"
源依赖项为42027，对应的是代理客户端套接字包装器。
时间戳为370225，起始时间为0，这是关于HTTP2会话发送设置的指令。
settings包含以下配置信息：[id:3, flags:0, value:1000]，[id:4, flags:0, value:6291456]，[id:1, flags:0, value:65536]。
时间戳为370225，状态起始时间为0，HTTP2协议中的流更新接收窗口操作。
                       --> delta = 15663105
                       --> window_size = 15728640
时间戳为370225，起始时间为0，表示HTTP2会话已发送窗口更新帧。
                       --> delta = 15663105
                       --> stream_id = 0
时间戳为370225，状态起始时间为0，执行了HTTP2协议会话中的发送头部操作。
                       --> exclusive = true
                       --> fin = true
                       --> has_priority = true
                       --> :method: GET
该链接属于淘宝平台，具有文本链接属性，位于simba.taobao.com域名之下。
                           :scheme: https
禁止访问路径：包含参数name为tbhs，cna为IAj9EOy3fngCAXBQ5kJ9yusH，nn为空，数量为13，pid为430266_1006，_ksTS为1491363551394_94，回调函数为jsonp95的链接。
用户代理：Mozilla 5.0版本，运行于Windows NT 6.1操作系统，采用WOW64架构；基于AppleWebKit 537.36引擎，类似于Gecko；使用Chrome浏览器，版本号为56.0.2924.87；配备Safari 537.36浏览器内核。
                           accept: */*
该链接指向：淘宝网。
接受编码类型包括：gzip、deflate、sdch、br。
接受语言设置为中文，优先选择中文，其权重为0.8。
cookie信息：已移除382字节内容。
                       --> parent_stream_id = 0
                       --> stream_id = 1
                       --> weight = 147
时间戳为370256，状态标志为31，表示HTTP2会话接收到了配置设置。
服务器地址设定为"textlink.simba.taobao.com"，端口号为443。
时间戳为370256，状态标志为31，表示HTTP2会话接收设置。
                       --> flags = 0
                       --> id = 3
                       --> value = 128
时间戳为370256，状态标志为31，表示HTTP2会话中更新了流发送窗口的大小。
设定delta_window_size的值为2147418112
t=370256 [st=   31]    HTTP2_SESSION_RECV_SETTING
                       --> flags = 0
                       --> id = 4
                       --> value = 2147483647
t=370256 [st=   31]    HTTP2_SESSION_RECV_SETTING
                       --> flags = 0
                       --> id = 5
                       --> value = 16777215
时间戳为370256，状态为31，接收到了HTTP2会话的窗口更新帧。
                       --> delta = 2147418112
                       --> stream_id = 0
时间戳为370256，状态开始于31，这是关于HTTP2会话更新发送窗口的操作。
                       --> delta = 2147418112
                       --> window_size = 2147483647
时间戳为370261，状态标志为36，表示HTTP2会话接收到了头部信息。
                       --> fin = false
                       --> :status: 200
日期：星期三，四月五日，凌晨三点三十九分十一秒，格林威治标准时间。
内容类型：网页文本格式，字符集为ISO-8859-1。
                           vary: Accept-Encoding
                           server: Tengine
有效期至：2017年4月5日星期三，凌晨3点39分11秒，格林威治标准时间。
                           cache-control: max-age=0
严格传输安全：最大存活时间设为0
                           timing-allow-origin: *
                           content-encoding: gzip
                       --> stream_id = 1
时间戳为370261，状态标记为36，表示这是HTTP2会话中接收到的数据。
                       --> fin = false
                       --> size = 58
                       --> stream_id = 1
时间戳为370261，状态码为36，该操作涉及HTTP2协议会话的接收窗口更新。
                       --> delta = -58
                       --> window_size = 15728582
t=370261 [st=   36]    HTTP2_SESSION_RECV_DATA
                       --> fin = true
                       --> size = 0
                       --> stream_id = 1
时间戳为370295，状态标志为70，表示HTTP2协议中的流更新接收窗口操作。
                       --> delta = 58
                       --> window_size = 15728640
t=402700 [st=32475] 

备注:

本文内容源自网络资源。我计划整理一系列针对架构师所需的优质文章，鉴于亲自撰写需耗费大量时间kaiyun.ccm，故决定充当信息搜集者，为大家精选佳作。最终，我将整理成索引，便于大家便捷查阅。