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计算机网络学习（三）——HTTP

news 2025/5/24 6:51:30

一、HTTP

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是Web的核心协议，是客户端（如浏览器）与服务器之间进行数据通信的基础。

它是一种基于请求-响应模型的应用层协议，定义了客户端如何向服务器请求资源，以及服务器如何返回响应。

作用：

传输超文本（HTML）、图像、音视频、JSON、XML等数据；
是浏览器、APP、爬虫等与Web服务器通信的桥梁。

关键特性：

特性名称	说明
无状态（Stateless）	每次请求独立，服务器不会记录上一次请求的信息，除非借助 Cookie、Session 等机制
面向请求-响应（Request/Response）	客户端发起请求，服务器返回响应，遵循请求-响应模型
基于文本（Text-based）	报文是纯文本格式，易于读取和调试（如`GET`、`POST` 等）
灵活的媒体类型	通过 `Content-Type` 指定传输数据类型，如`HTML`、`JSON`、图片等
可扩展性强	支持多种方法（如`PUT`、`DELETE`），也支持自定义头部字段
连接可复用（HTTP/1.1+）	支持长连接（`Keep-Alive`），多个请求可复用一个 TCP 连接，提升效率
无连接（早期 HTTP）	每个请求完成后就断开连接（HTTP/1.0 的默认行为）
支持代理、缓存、身份验证等机制	可通过中间服务器缓存内容、压缩内容、控制访问
支持多种方法	如：`GET`、`POST`、`PUT`、`DELETE`、`HEAD`、`OPTIONS` 等
明文传输（非加密）	数据不加密，易被中间人监听，通常配合 `TLS` 使用形成 HTTPS

注：

HTTP运行在 TCP/IP 协议栈的应用层。

二、HTTP 协议的发展

（1） HTTP/0.9（1991）：

仅支持GET请求，仅传输 HTML。
单行请求，无头部，功能简单。

（2） HTTP/1.0（1996）：

增加请求方法（POST、HEAD）、状态码和头部。
每次请求建立新 TCP 连接，效率较低。

（3） HTTP/1.1（1997）：

引入 Keep-Alive，支持连接复用。
支持管道化（Pipelining），允许发送多个请求而无需等待响应（但实际应用有限）。
增加Host头部，支持虚拟主机。

（4） HTTP/2（2015）：

基于SPDY协议，支持二进制分帧，提高效率。
多路复用：同一连接上并行处理多个请求。
头部压缩（HPACK），减少开销。
服务器推送：主动向客户端推送资源。

（5） HTTP/3（2022）：

基于UDP和QUIC协议，取代 TCP，减少连接建立延迟。
内置加密，性能更优。
解决 TCP 的队头阻塞问题。

三、HTTP 的请求响应模型

（1）请求结构（Request）

请求报文结构：
在这里插入图片描述
示例：

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html

由三部分组成：

请求行（请求方法、URL、HTTP版本）；
请求头（首部行）（元信息，如浏览器类型、接收数据格式）；
请求体（实体主体）（POST请求时包含的数据）。

注：
请求头与请求体之间需用空行分割。

常见请求方法：

方法	作用
`GET`	请求资源（无副作用）
`POST`	提交数据
`PUT`	更新资源
`DELETE`	删除资源
`HEAD`	类似GET但不返回正文
`OPTIONS`	查询服务器支持的功能

（2）响应结构（Response）

响应报文结构：
在这里插入图片描述
示例：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Content-Length: 348<html>...</html>

由三部分组成：

状态行（版本、状态码、状态短语）；
响应头（首部行）（如类型、长度、缓存策略等）；
响应体（实体主体）（实际返回内容）。

注：
响应头与响应体之间需用空行分割。

常见状态码：

类别	状态码范围	示例	含义
1xx	信息	100	Continue
2xx	成功	200	OK、201 Created
3xx	重定向	301/302/304	永久或临时重定向
4xx	客户端错误	400、403、404	错误请求、无权限、未找到
5xx	服务器错误	500、502、503	服务器故障、网关超时

（3）典型请求-响应交互

客户端（浏览器）                          服务器（Web Server）│                                              ││─▶ 1. 请求：GET /index.html HTTP/1.1           ││      Host: www.example.com                   ││      User-Agent: Mozilla...                  ││                                              ││                                              ││◀─ 2. 响应：HTTP/1.1 200 OK                    ││      Content-Type: text/html                 ││      Content-Length: 348                     ││                                              ││      <html>...</html>                        │▼
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四、HTTP 与Cookie

HTTP 是一种无状态协议，这意味着服务器不会自动记住客户端的身份和历史交互记录。为了解决这个问题，引入了 Cookie 机制，使得服务器可以“记住”客户端的部分信息，支持会话保持、登录验证、个性化设置等功能。

（1）Cookie 的特性

Cookie 是服务器通过 HTTP 响应头发送到客户端浏览器的一小段文本信息，浏览器在后续的请求中会自动携带这些 Cookie 发回给服务器。

特性	描述
储存在客户端	浏览器将 Cookie 保存为本地文件
自动发送	浏览器在请求匹配的域名时会自动附带对应 Cookie
可设置属性	可设置过期时间、安全性、作用路径、是否仅限 HTTP 等
小巧	单个 Cookie 最大 4KB，域名最多约 20 个 Cookie（各浏览器略有不同）

（2）HTTP 与 Cookie 的交互过程

服务器设置 Cookie（响应头）：

HTTP/1.1 200 OK
Set-Cookie: sessionid=abc123; Path=/; HttpOnly; Expires=Wed, 01 Jan 2025 12:00:00 GMT

Set-Cookie 告诉浏览器保存该 Cookie；
设置属性如作用路径 Path、过期时间 Expires、是否仅限 HTTP 访问等。

浏览器自动回传 Cookie（请求头）：

GET /dashboard HTTP/1.1
Host: www.example.com
Cookie: sessionid=abc123

浏览器访问同一域名时自动携带 Cookie；
服务器通过 Cookie 恢复用户身份或状态。

HTTP与Cookie的关系：

[客户端浏览器]                               [服务器]─────────── 请求登录 ────────────▶（返回 Set-Cookie: sessionid=abc123）◀──────── 响应头包含 Cookie ─────────────── 携带 Cookie 的请求 ───────▶Cookie: sessionid=abc123◀────── 根据 Cookie 返回用户信息 ───────

五、HTTP 缓存

HTTP 缓存（HTTP Caching）是 Web 性能优化的重要机制，它允许客户端（浏览器）或中间服务器（如 CDN、代理）在一定时间内存储资源副本，避免重复向服务器请求，从而提升加载速度，减轻服务器压力，节省带宽。

主要有以下两种：

缓存类型	描述
强缓存（强制缓存）	客户端在本地直接使用缓存，不发请求给服务器
协商缓存（条件缓存）	客户端向服务器确认缓存是否过期，决定是否使用缓存

常用响应头：

响应头字段	用途说明
`Cache-Control`	控制缓存行为，如 `max-age`, `no-cache`, `no-store`
`Expires`	设置资源过期时间（GMT 格式）
`ETag`	资源的唯一标识，配合 `If-None-Match` 做协商缓存
`Last-Modified`	资源最后修改时间，配合 `If-Modified-Since` 使用

（1）强缓存机制（无需与服务器通信）

通过响应头中的以下字段控制：

`Cache-Control`

示例：

Cache-Control: max-age=3600

表示该资源可在客户端缓存 3600 秒。

`Expires`

示例：

Expires: Wed, 21 May 2025 12:00:00 GMT

设置一个过期的绝对时间点（已被 Cache-Control 取代）。

当强缓存生效时，请求不会发送到服务器，状态码为 200（from disk cache） 或 200（from memory cache）。

（2）协商缓存机制（需与服务器通信）

当强缓存失效时，客户端会向服务器发送请求并携带缓存验证信息，服务器判断资源是否修改：

`Last-Modified` + `If-Modified-Since`

首次响应：

Last-Modified: Tue, 20 May 2025 10:00:00 GMT

后续请求：

If-Modified-Since: Tue, 20 May 2025 10:00:00 GMT

如果资源未变，服务器返回：

HTTP/1.1 304 Not Modified

客户端使用本地缓存。

`ETag` + `If-None-Match`

首次响应：

ETag: "abc123"

后续请求：

If-None-Match: "abc123"

匹配成功，返回 304；否则返回新资源。

协商缓存状态码是 304 Not Modified。

（3）缓存控制示意图

          首次访问                    再次访问（强缓存）          再次访问（协商缓存）┌────────────────────┐     ┌────────────────────┐     ┌────────────────────┐│  客户端发送请求      │     │  客户端不发请求      │     │  客户端带验证头发请求 ││                    │     │                    │     │ If-Modified-Since  │└────────────────────┘     └────────────────────┘     └────────────────────┘│                          │                          │▼                          ▼                          ▼┌────────────────────┐     ┌────────────────────┐     ┌────────────────────┐│  服务器返回资源      │     │  客户端使用本地缓存  │     │  服务器返回 304     ││ Cache-Control 等头 │     │                    │     │                    │└────────────────────┘     └────────────────────┘     └────────────────────┘