一、HTTP简介

HTTP，全称为Hypertext Transfer Protocol，即超文本传输协议，是一种应用层协议，用于在客户端和服务器之间传输数据。它是互联网上应用最广泛的协议之一，常用于Web浏览器和Web服务器之间的通信。

HTTP 是一个在计算机世界里专门在「两点」之间「传输」文字、图片、音频、视频等「超文本」数据的「约定和规范」。

HTTP协议采用客户端-服务器模式，客户端向服务器发送HTTP请求，服务器接收并处理请求，返回HTTP响应结果。HTTP请求由请求行、请求头部、请求正文三部分组成，HTTP响应由状态行、响应头部、响应正文三部分组成。

HTTP协议定义了大量的请求方法和状态码，常见的请求方法包括GET、POST、PUT、DELETE等，常见的状态码包括200 OK、301 Moved Permanently、404 Not Found、500 Internal Server Error等。

HTTP协议是基于TCP/IP协议的，使用TCP协议作为传输层协议来保证数据传输的可靠性。同时，HTTP协议也存在一些安全风险，如明文传输、中间人攻击等，需要采取相应的安全措施来保障网络的安全。

最近几年来，随着Web应用的发展和互联网的普及，HTTP/2和HTTP/3等新版本的HTTP协议也在逐渐普及，以提高网络传输效率和安全性。

二、HTTP协议格式

2.1 HTTP请求格式

HTTP请求由请求行、请求头部和请求正文三部分组成：

请求方法(Method) Request-URL HTTP协议版本(HTTP-Version)
请求头(Header)
...
空行
请求正文(Body)

请求方法(Method)：例如GET、POST、PUT、DELETE等。
Request-URL：请求资源的统一资源标识符（URL），指定了要访问的资源路径。
HTTP版本号(HTTP-Version)：通常是"HTTP/1.1"或"HTTP/2.0"。
请求头(Headers)：包含请求的各种头信息，如User-Agent、Host、Accept等，以键值对的形式表示。
请求正文(Body)：POST请求时可能包含请求的实体主体，用于传输数据。GET请求没有请求主体。

说明：请求行三个字段之间以“空格”分割，首部字段是通过换行符（CRLF，即回车符+换行符）来进行分隔的，因为Header的个数不确定，所以最后一个Header的后边用一个空行来表示Header的结束。

2.2 HTTP响应格式

HTTP协议版本(HTTP-Version) 状态码(Status-Code) 状态码描述(Reason-Phrase)
响应头(Header)
...
空行
响应正文(Body)

HTTP版本号(HTTP-Version)：HTTP协议版本号，与请求报文中的一样。
状态码(Status-Code)：表示请求处理的结果状态码，例如200表示成功，404表示资源未找到，500表示服务器内部错误等。
状态码描述(Reason-Phrase)：对状态码的简短描述。
响应头(Headers)：包含响应的各种头信息，如Server、Content-Type、Content-Length等，以键值对的形式表示。
响应正文(Body)：响应报文的实体主体，用于传输响应数据。比如，对于HTML页面或JSON数据等。

说明：状态行三个字段之间以“空格”分割，首部字段是通过换行符（CRLF，即回车符+换行符）来进行分隔的，因为Header的个数不确定，所以最后一个Header的后边用一个空行来表示Header的结束。

示例：

#####请求消息#####
GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/88.0.4324.182 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml

#####响应消息#####
HTTP/1.1 200 OK
Server: Apache/2.4.41 (Unix)
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Length: 1270

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Welcome to Example.com</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello, World!</h1>
</body>
</html>

三、HTTP header

HTTP header，也称为HTTP头部，是HTTP请求和响应报文中的一部分，用于传递附加的元数据信息。HTTP header由多个字段组成，每个字段由一个名称和一个值组成，名称和值之间用冒号和空格分隔。HTTP头部可以分为请求头部和响应头部两种类型。

3.1 请求头部

请求头部包含了客户端向服务器发送的HTTP请求的附加信息，常见的请求头部字段包括：

User-Agent：客户端的用户代理，标识浏览器或其他客户端类型。
Accept：指示客户端能够处理的响应内容类型。
Host：请求的目标服务器主机名或IP地址。
Referer：指示请求是从哪个URL发起的，常用于跟踪用户的来源。
Content-Type：指示请求正文的MIME类型。
Authorization：包含用于进行身份验证的凭证，如用户名和密码。

3.2 响应头部

响应头部包含了服务器向客户端发送的HTTP响应的附加信息，常见的响应头部字段包括：

Content-Type：指示响应正文的MIME类型。
Content-Length：指示响应正文的长度。
Cache-Control：指示客户端如何缓存响应正文。
Set-Cookie：指示在客户端存储一个cookie。
Expires：指示响应的过期时间。
Last-Modified：指示响应正文的最后修改时间。

四、HTTP状态码

HTTP状态码被分为五类，分别是：

1xx：信息性状态码，表示服务器已经接收到请求，正在处理中。
2xx：成功状态码，表示服务器已经成功接收到请求并处理完成。
3xx：重定向状态码，表示需要客户端进一步的操作才能完成请求。
4xx：客户端错误状态码，表示客户端的请求有错误或无法完成。
5xx：服务器错误状态码，表示服务器在处理请求时出现错误。

以下是常见的HTTP状态码的含义：

200 OK：请求成功，服务器已经成功处理了请求并返回了响应。
201 Created：请求成功，服务器已经成功创建了资源并返回响应。
204 No Content：请求成功，服务器已经成功处理了请求，但是没有返回任何响应内容。
206 Partial Content：是应用于 HTTP 分块下载或断点续传，表示响应返回的 body 数据并不是资源的全部，而是其中的一部分，也是服务器处理成功的状态。
301 Moved Permanently：请求的资源已经永久移动到新的URL。
302 Found：请求的资源已经临时移动到新的URL。
304 Not Modified：不具有跳转的含义，表示资源未修改，重定向已存在的缓冲文件，也称缓存重定向，也就是告诉客户端可以继续使用缓存资源，用于缓存控制。
400 Bad Request：客户端请求有错误，服务器无法理解请求。
401 Unauthorized：客户端请求需要身份验证，但是没有提供有效的身份验证信息。
403 Forbidden：客户端请求被服务器拒绝，没有权限访问该资源。
404 Not Found：请求的资源在服务器上不存在。
500 Internal Server Error：服务器在处理请求时出现错误。
501 Not Implemented：表示客户端请求的功能还不支持，类似“即将开业，敬请期待”的意思。
502 Bad Gateway：通常是服务器作为网关或代理时返回的错误码，表示服务器自身工作正常，访问后端服务器发生了错误。
503 Service Unavailable：表示服务器当前很忙，暂时无法响应客户端，类似“网络服务正忙，请稍后重试”的意思。

五、HTTP的GET和POST请求

5.1 概括

对于GET方式请求，浏览器会把 http header 和 data 一并发送回去，服务器响应200（返回数据）。
对于POSE，浏览器先发送 header，服务器响应100 continue，浏览器再发送 data，服务器响应200 ok（返回数据）

5.2 区别

传输方式：
- GET：通过URL传输数据，在URL中可以看到参数和其对应的值。数据附加在URL后面，以问号?分隔，参数之间用&连接。因为数据暴露在URL中，所以不适合传输敏感信息或大量数据。
- POST：通过HTTP请求的消息体传输数据，不会将数据暴露在URL中，因此更适合传输敏感信息和大量数据。
请求长度限制：
- GET：由于数据附加在URL上，URL的长度有限制（通常是几千个字符），所以GET请求的数据长度也受到限制。
- POST：由于数据传输在消息体中，所以可以发送较大的数据量，一般没有长度限制。
安全性：
- GET：因为数据暴露在URL中，所以不适合传输敏感信息，例如密码等。同时，由于参数和值可见，可能会被他人轻易截获。
- POST：由于数据在消息体中，相对于GET请求更安全，更适合传输敏感信息。
请求幂等性：
- GET：GET请求是幂等的，即对同一个URL的多次请求只会产生一次结果，不会对服务器数据产生影响。
- POST：POST请求不是幂等的，多次对同一个URL进行POST请求可能会产生不同的结果，因为可能涉及到创建资源或提交数据等操作。
请求语义：
- GET：一般用于获取数据，获取资源，不应该用于对服务器产生影响的操作。
- POST：一般用于提交数据，创建资源，或者在服务器上执行修改操作。

六、HTTP缓存

HTTP缓存指的是Web浏览器或代理服务器中存储已请求资源的副本，并在下次请求同一资源时使用该副本，以避免重复请求和加快页面加载速度的技术。

6.1 HTTP缓存流程

HTTP缓存的工作流程如下：

当浏览器或代理服务器第一次请求某个资源时，服务器会返回该资源的响应，并在响应头中添加缓存相关的字段，如Cache-Control、Expires、Last-Modified、ETag等。
浏览器或代理服务器会将该响应存储在本地缓存中，并为该资源生成一个唯一标识符（如URL或ETag），以便下次请求时进行匹配。
当浏览器或代理服务器下次请求同一资源时，会先检查本地缓存中是否存在该资源的副本，并根据缓存相关的字段判断该副本是否仍然有效。如果有效，则直接从本地缓存中读取该副本并返回；否则，重新向服务器请求该资源。

6.2 HTTP缓存方式

常见的HTTP缓存策略有以下几种：

强制缓存：当浏览器或代理服务器第一次请求某个资源时，服务器会在响应头中添加Cache-Control或Expires字段，指定该资源在客户端缓存的有效期。在有效期内，浏览器或代理服务器会直接从本地缓存中获取该资源，并不再向服务器发送请求。
协商缓存：当强制缓存失效时，浏览器或代理服务器会向服务器发送一个条件请求，检查该资源是否已经更新。服务器会在响应头中添加Last-Modified或ETag字段，用于表示该资源的版本。客户端会将这些字段存储在本地，并在下次请求时将它们发送给服务器，请求更新的资源。如果服务器检查到该资源未更新，则返回一个304 Not Modified响应，客户端直接从本地缓存中获取该资源。

七、HTTP存在的问题

HTTP协议存在以下几个问题：

安全性问题：HTTP协议传输的数据是明文的，容易被第三方窃取和查看，因此无法保证数据传输的机密性。同时，HTTP协议没有身份认证机制，容易被伪装成其他人进行网络攻击。
数据完整性问题：HTTP协议传输的数据不具备完整性保护，容易被第三方篡改和修改，因此无法保证数据传输的完整性。
性能问题：HTTP协议采用明文传输，数据量较大，传输效率相对较低，同时无法缓存动态内容，导致网站响应速度较慢。
无法处理大量并发请求问题：HTTP/1.0协议采用短连接模式，（HTTP/1.1默认长连接模式），每次请求都需要建立连接，对于大量并发请求的处理效率较低。

综上所述，HTTP协议存在安全性、数据完整性、性能和并发请求处理等问题，这些问题在现代互联网应用场景下尤为突出，因此，为了解决这些问题，现代互联网应用普遍采用HTTPS协议来保障网络通信的安全性和稳定性。

计网——HTTP