HTTP協(xié)議詳解

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本書是介紹怎么編寫一個Web服務(wù)器姆涩，而Web服務(wù)器是基于HTTP（HyperText Transfer Protocol）協(xié)議實現(xiàn)的，所以要實現(xiàn)一個Web服務(wù)器就必須了解HTTP協(xié)議亏栈，本章主要介紹HTTP協(xié)議的相關(guān)知識，讓我們對HTTP協(xié)議有個理性的認(rèn)識黎侈。

1.1 HTTP協(xié)議簡介

我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會使用瀏覽器訪問Web站點峻汉，但是大家有思考過在這個過程中到底發(fā)生了什么嗎脐往？為什么我們在瀏覽器地址欄上面輸入要訪問的URL后就可以訪問到Web頁面呢？

1.1.1?瀏覽器背后的故事

當(dāng)我們在瀏覽器地址欄上輸入要訪問的URL后瘤礁，瀏覽器會分析出URL上面的域名梅尤，然后通過DNS服務(wù)器查詢出域名映射的IP地址克饶，瀏覽器根據(jù)查詢到的IP地址與Web服務(wù)器進(jìn)行通信，而通信的協(xié)議就是HTTP協(xié)議亡脑。

我們可以把這個過程類比成一個電話對話的過程邀跃。當(dāng)我們要打電話給某個人，首先要知道對方的電話號碼途戒，然后進(jìn)行撥號僵驰。打通電話后我們會進(jìn)行對話蒜茴，當(dāng)然要對話肯定需要共同的語言，如果一個人說國語顽腾，而另一個人說英語诺核，那肯定不能進(jìn)行溝通的久信。在本例中裙士，電話號碼相當(dāng)于上面的IP地址幌甘，而共同語言相當(dāng)于HTTP協(xié)議痊项。

我們通過一個簡單的圖來闡述這個過程：

圖1-1?瀏覽器訪問URL過程

?瀏覽器與Web服務(wù)器使用HTTP協(xié)議進(jìn)行通信鞍泉，那么什么是HTTP協(xié)議呢？接下來我們會詳細(xì)介紹HTTP協(xié)議的相關(guān)知識边器。

1.1.2?TCP/IP協(xié)議

HTTP協(xié)議是構(gòu)建在TCP/IP協(xié)議之上的忘巧，是TCP/IP協(xié)議的一個子集睦刃，所以要理解HTTP協(xié)議，有必要先了解下TCP/IP協(xié)議相關(guān)的知識际长。

由于TCP/IP協(xié)議族包含眾多的協(xié)議工育，在這里我們無法一一討論搓彻。接下來，我們僅介紹理解HTTP協(xié)議需要掌握的TCP/IP協(xié)議族的一些相關(guān)知識點竭沫。如果想深入理解TCP/IP協(xié)議骑篙，可以參考經(jīng)典書籍《TCP/IP詳解》靶端。

TCP/IP協(xié)議族分層

TCP/IP協(xié)議族是由一個四層協(xié)議組成的系統(tǒng)凛膏，這四層分別為：應(yīng)用層猖毫、傳輸層须喂、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。如圖1-2所示：

圖1-2 TCP/IP協(xié)議族分層

?分層的好處是把各個相對獨立的功能解耦仔役，層與層之間通過規(guī)定好的接口來通信又兵。如果以后需要修改或者重寫某一個層的實現(xiàn)卒废，只要接口保持不變也不會影響到其他層的功能摔认。接下來，我們將會介紹各個層的主要作用电谣。

1)?應(yīng)用層

應(yīng)用層一般是我們編寫的應(yīng)用程序蓖柔，其決定了向用戶提供的應(yīng)用服務(wù)。應(yīng)用層可以通過系統(tǒng)調(diào)用與傳輸層進(jìn)行通信牢贸。

處于應(yīng)用層的協(xié)議非常多潜索，比如：FTP（File Transfer Protocol懂酱，文件傳輸協(xié)議）、DNS（Domain Name System整陌，域名系統(tǒng)）和我們本章討論的HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）等随夸。

2)?傳輸層

傳輸層通過系統(tǒng)調(diào)用向應(yīng)用層提供處于網(wǎng)絡(luò)連接中的兩臺計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸功能宾毒。

在傳輸層有兩個性質(zhì)不同的協(xié)議：TCP（Transmission Control Protocol殿遂，傳輸控制協(xié)議）和UDP（User Data Protocol墨礁，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）。

3)?網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層用來處理在網(wǎng)絡(luò)上流動的數(shù)據(jù)包妨退，數(shù)據(jù)包是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)單位蜕企。該層規(guī)定了通過怎樣的路徑（傳輸路線）到達(dá)對方計算機(jī)轻掩，并把數(shù)據(jù)包傳輸給對方懦底。

4)?鏈路層

鏈路層用來處理連接網(wǎng)絡(luò)的硬件部分，包括控制操作系統(tǒng)丐重、硬件設(shè)備驅(qū)動扮惦、NIC（Network Interface Card亲桦，網(wǎng)絡(luò)適配器）以及光纖等物理可見部分。硬件上的范疇均在鏈路層的作用范圍之內(nèi)豫领。

數(shù)據(jù)包封裝

上層協(xié)議數(shù)據(jù)是如何轉(zhuǎn)變?yōu)橄聦訁f(xié)議數(shù)據(jù)的呢等恐？這是通過封裝（encapsulate）來實現(xiàn)的。應(yīng)用程序數(shù)據(jù)在發(fā)送到物理網(wǎng)絡(luò)之前闪檬，會沿著協(xié)議棧從上往下傳遞购笆。每層協(xié)議都將在上層協(xié)議數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加上自己的頭部信息（鏈路層還會加上尾部信息），以為實現(xiàn)該層功能提供必要的信息同欠。如圖1-3所示：

圖1-3?數(shù)據(jù)包封裝

發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)時样傍，數(shù)據(jù)會從上層傳輸?shù)较聦樱颐拷?jīng)過一層都會被打上該層的頭部信息铺遂。而接收端接收數(shù)據(jù)時衫哥，數(shù)據(jù)會從下層傳輸?shù)缴蠈樱瑐鬏斍皶严聦拥念^部信息刪除襟锐。過程如圖1-4所示：

圖1-4?數(shù)據(jù)傳輸過程

由于下層協(xié)議的頭部信息對上層協(xié)議是沒有實際的用途撤逢，所以在下層協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)給上層協(xié)議的時候會把該層的頭部信息去掉，這個封裝過程對于上層協(xié)議來說是完全透明的粮坞。這樣做的好處是，應(yīng)用層只需要關(guān)心應(yīng)用服務(wù)的實現(xiàn)莫杈，而不用管底層的實現(xiàn)互例。

TCP三次握手

從上面的介紹可知，傳輸層協(xié)議主要有兩個：TCP協(xié)議和UDP協(xié)議筝闹。TCP協(xié)議相對于UDP協(xié)議的特點是：TCP協(xié)議提供面向連接媳叨、字節(jié)流和可靠的傳輸。

使用TCP協(xié)議進(jìn)行通信的雙方必須先建立連接关顷，然后才能開始傳輸數(shù)據(jù)糊秆。TCP連接是全雙工的，也就是說雙方的數(shù)據(jù)讀寫可以通過一個連接進(jìn)行议双。為了確保連接雙方可靠性痘番，在雙方建立連接時，TCP協(xié)議采用了三次握手（Three-way handshaking）策略聋伦。過程如圖1-5：

圖1-5 TCP三次握手

TCP協(xié)議三次握手的描述如下：

第一次握手：客戶端發(fā)送帶有SYN標(biāo)志的連接請求報文段夫偶，然后進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)端的確認(rèn)觉增。

第二次握手：服務(wù)端接收到客戶端的SYN報文段后兵拢，需要發(fā)送ACK信息對這個SYN報文段進(jìn)行確認(rèn)。同時逾礁，還要發(fā)送自己的SYN請求信息说铃。服務(wù)端會將上述的信息放到一個報文段（SYN+ACK報文段）中访惜，一并發(fā)送給客戶端，此時服務(wù)端將會進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)腻扇。

第三次握手：客戶端接收到服務(wù)端的SYN+ACK報文段后债热，會想服務(wù)端發(fā)送ACK確認(rèn)報文段，這個報文段發(fā)送完畢后幼苛，客戶端和服務(wù)端都進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)窒篱，完成TCP三次握手。

當(dāng)三次握手完成后舶沿，TCP協(xié)議會為連接雙方維持連接狀態(tài)墙杯。為了保證數(shù)據(jù)傳輸成功，接收端在接收到數(shù)據(jù)包后必須發(fā)送ACK報文作為確認(rèn)括荡。如果在指定的時間內(nèi)（這個時間稱為重新發(fā)送超時時間）高镐，發(fā)送端沒有接收到接收端的ACK報文，那么就會重發(fā)超時的數(shù)據(jù)畸冲。

1.1.3?DNS服務(wù)

前面介紹了與HTTP協(xié)議有著密切關(guān)系的TCP/IP協(xié)議嫉髓，接下來介紹的DNS服務(wù)也是與HTTP協(xié)議有著密不可分的關(guān)系。

通常我們訪問一個網(wǎng)站邑闲，使用的是主機(jī)名或者域名來進(jìn)行訪問的算行。因為相對于IP地址（一組純數(shù)字），域名更容易讓人記住监憎。但TCP/IP協(xié)議使用的是IP地址進(jìn)行訪問的纱意，所以必須有個機(jī)制或服務(wù)把域名轉(zhuǎn)換成IP地址婶溯。DNS服務(wù)就是用來解決這個問題的鲸阔，它提供域名到IP地址之間的解析服務(wù)。

圖1-6展示了DNS服務(wù)把域名解析成IP地址的過程：

圖1-6 DNS服務(wù)原理

DNS服務(wù)是通過DNS協(xié)議進(jìn)行通信的迄委，而DNS協(xié)議跟HTTP協(xié)議一樣也是應(yīng)用層協(xié)議褐筛。由于我們的重點是HTTP協(xié)議，所以這里不打算對DNS協(xié)議進(jìn)行詳細(xì)的分析叙身，我們只需要知道可以通過DNS服務(wù)把域名解析成IP地址即可渔扎。

1.1.4?HTTP與TCP/IP、DNS的關(guān)系

到現(xiàn)在信轿，我們介紹了與HTTP協(xié)議有密切關(guān)系的TCP/IP協(xié)議和DNS服務(wù)晃痴，接下來我們通過圖1-7來整理一下HTTP協(xié)議與它們之間的關(guān)系：

圖1-7 HTTP與TCP/IP、DNS的關(guān)系

從圖1-7可以知道财忽，當(dāng)客戶端訪問Web站點時倘核，首先會通過DNS服務(wù)查詢到域名的IP地址。然后瀏覽器生成HTTP請求即彪，并通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送給Web服務(wù)器紧唱。Web服務(wù)器接收到請求后會根據(jù)請求生成響應(yīng)內(nèi)容，并通過TCP/IP協(xié)議返回給客戶端。