“你知道当我们在网页浏览器(Web browser)的地址栏中输入 URL 时,Web 页面是如何呈现的吗?”
HTTP协议
HTTP协议(HyperText Transfer Protocol)即超文本传输协议是用于服务器传输到客户端浏览器的传输协议。Web上,服务器和客户端利用HTTP协议进行通信会话。
在Web上,HTTP协议使用TCP协议而不是UDP协议的原因在于一个网页必须传送很多数据,而且保证其完整性。TCP协议提供传输控制,按顺序组织数据和错误纠正的一系列功能。
一次HTTP操作称为一个事务,其工作过程可分为四步:
1、客户端与服务器需要建立连接。(比如某个超级链接,HTTP就开始了。)
2、建立连接后,发送请求。
3、服务器接到请求后,响应其响应信息。
4、客户端接收服务器所返回的信息通过浏览器显示在用户的显示屏上,然后客户机与服务器断开连接。
忽略掉连接过程是这样的:
URI、URL与RFC
先看看官方的解释:
URI:uniform resource identifier 统一资源标识符
URL:uniform resource location 统一资源定位符
URI用字符串标识某一互联网资源,而URL表示资源的地点。可见URL是URI的子集。
URI要使用涵盖全部必要信息的URI、绝对URL以及相对URL。相对URL是指从浏览器中基本URI处理的URL,来先看下URI的格式:
RFC:reqeust for comments 征求修正意见书
RFC素有网络知识圣经之称,规定了网络中协议的基本内容。因此许多的不同系统的应用程序才可以互相访问。
HTTP请求方式
请求行-请求方法
- GET 获取资源
- POST 传输实体主体
- PUT 传输文件
- HEAD 获取报文首部
- DELETE 删除文件
- OPTIONS 请求查询服务器的性能,或者查询与资源相关的选项和需求
- TRACE 请求服务器回送收到的请求信息,主要用于测试或诊断
- CONNECT 要求用隧道协议连接代理(SSL:Secure Sockets Layer安全套接层,TLS:Transport Layer Security传输层安全)
get和post区别
状态码
状态码的职责是当客户端向服务器端发送请求时,描述返回的请求结果。借助状态码,用户可以知道服务器端是正常处理了请求,还是出现了错误。
常见的状态码
200 OK
请求成功(其后是对GET和POST请求的应答文档。)
304 Not Modified
未按预期修改文档。客户端有缓冲的文档并发出了一个条件性的请求(一般是提供If-Modified-Since头表示客户只想比指定日期更新的文档)。服务器告诉客户,原来缓冲的文档还可以继续使用。
404 Not Found
服务器无法找到被请求的页面。
500 Internal Server Error
请求未完成。服务器遇到不可预知的情况。
HTTP报文
HTTP报文由从客户机到服务器的请求和从服务器到客户机的响应构成。
请求我博客园首页时发送的报文内容:
其中最常使用的属性是:
- URL, 即http访问的地址
- request method, 报文的请求方式
- Remote Address,远程地址
- status code, 状态码以及状态短语
- Connection, 连接方式
- Content-Type头:便是接收方实体的介质类型。
- Accept Encoding, 内容编码
- Date头域:时间描述
- Referer头域:允许客户端指定请求URL的资源地址。
- Cookie, 添加的cookie内容
- Host, 目标主机
- User-Agent, 客户端浏览器的相关信息
- Set-Cookie, 指定想要在Cookie中保存的内容
持久连接
“HTTP 协议的初始版本中,每进行一次 HTTP 通信就要断开一次 TCP 连接。”
“为解决上述 TCP 连接的问题,HTTP/1.1 和一部分的 HTTP/1.0 想出了持久连接(HTTP Persistent Connections,也称为 HTTP keep-alive 或 HTTP connection reuse)的方法。持久连接的特点是,只要任意一端没有明确提出断开连接,则保持 TCP 连接状态。”
持久连接的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销,减轻了服务器端的负载。另外,减少开销的那部分时间,使 HTTP 请求和响应能够更早地结束,这样 Web 页面的显示速度也就相应提高了。
在 HTTP/1.1 中,所有的连接默认都是持久连接
管线化
“持久连接使得多数请求以管线化(pipelining)方式发送成为可能。从前发送请求后需等待并收到响应,才能发送下一个请求。管线化技术出现后,不用等待响应亦可直接发送下一个请求。
这样就能够做到同时并行发送多个请求,而不需要一个接一个地等待响应了。”
比如,当请求一个包含 10 张图片的 HTML Web 页面,与挨个连接相比,用持久连接可以让请求更快结束。而管线化技术则比持久连接还要快。请求数越多,时间差就越明显。
内容编码
由于某些报文的内容过大,因此在传输时,为了减少传输的时间,会采取一些压缩的措施。
例如上面的报文信息中,Accept-Encoding就定义了内容编码的格式:gzip,deflate
有下面几种方式:
- gzip:GNU压缩格式
- compress:UNIX系统的标准压缩格式
- deflate:是一种同时使用了LZ77和哈弗曼编码的无损压缩格式
- identity:不进行压缩
范围请求
以前,用户不能使用现在这种高速的带宽访问互联网,当时,下载一个尺寸稍大的图片或文件就已经很吃力了。如果下载过程中遇到网络中断的情况,那就必须重头开始。为了解决上述问题,需要一种可恢复的机制。所谓恢复是指能从之前下载中断处恢复下载。
要实现该功能需要指定下载的实体范围。像这样,指定范围发送的请求叫做范围请求(Range Request)。
对一份 10 000 字节大小的资源,如果使用范围请求,可以只请求 5001~10 000 字节内的资源。
执行范围请求时,会用到首部字段 Range 来指定资源的 byte 范围。
byte 范围的指定形式如下。
- 5001~10 000 字节
Range: bytes=5001-10000
- 从 5001 字节之后全部的
Range: bytes=5001-
- 从一开始到 3000 字节和 5000~7000 字节的多重范围
Range: bytes=-3000, 5000-7000
针对范围请求,响应会返回状态码为 206 Partial Content 的响应报文。另外,对于多重范围的范围请求,响应会在首部字段 Content-Type 标明 multipart/byteranges 后返回响应报文。
如果服务器端无法响应范围请求,则会返回状态码 200 OK 和完整的实体内容。”
Cookie
HTTP 是无状态协议,它不对之前发生过的请求和响应的状态进行管理。也就是说,无法根据之前的状态进行本次的请求处理。
假设要求登录认证的 Web 页面本身无法进行状态的管理(不记录已登录的状态),那么每次跳转新页面不是要再次登录,就是要在每次请求报文中附加参数来管理登录状态。
Cookie 技术通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。
Cookie 会根据从服务器端发送的响应报文内的一个叫做 Set-Cookie 的首部字段信息,通知客户端保存 Cookie。当下次客户端再往该服务器发送请求时,客户端会自动在请求报文中加入 Cookie 值后发送出去。
服务器端发现客户端发送过来的 Cookie 后,会去检查究竟是从哪一个客户端发来的连接请求,然后对比服务器上的记录,最后得到之前的状态信息。
HTTPS
HTTP 主要有这些不足,例举如下。
- 通信使用明文(不加密),内容可能会被窃听
- 不验证通信方的身份,因此有可能遭遇伪装
- 无法证明报文的完整性,所以有可能已遭篡改”
这些问题不仅在 HTTP 上出现,其他未加密的协议中也会存在这类问题。
HTTPS 并非是应用层的一种新协议。只是 HTTP 通信接口部分用 SSL(Secure Socket Layer)和 TLS(Transport Layer Security)协议代替而已。
通常,HTTP 直接和 TCP 通信。当使用 SSL 时,则演变成先和 SSL 通信,再由 SSL 和 TCP 通信了。简言之,所谓 HTTPS,其实就是身披 SSL 协议这层外壳的 HTTP。
在采用 SSL 后,HTTP 就拥有了 HTTPS 的加密、证书和完整性保护这些功能。
SSL 是独立于 HTTP 的协议,所以不光是 HTTP 协议,其他运行在应用层的 SMTP 和 Telnet 等协议均可配合 SSL 协议使用。可以说 SSL 是当今世界上应用最为广泛的网络安全技术。
步骤 1: 客户端通过发送 Client Hello 报文开始 SSL 通信。报文中包含客户端支持的 SSL 的指定版本、加密组件(Cipher Suite)列表(所使用的加密算法及密钥长度等)。
步骤 2: 服务器可进行 SSL 通信时,会以 Server Hello 报文作为应答。和客户端一样,在报文中包含 SSL 版本以及加密组件。服务器的加密组件内容是从接收到的客户端加密组件内筛选出来的。
步骤 3: 之后服务器发送 Certificate 报文。报文中包含公开密钥证书。
步骤 4: 最后服务器发送 Server Hello Done 报文通知客户端,最初阶段的 SSL 握手协商部分结束。
步骤 5: SSL 第一次握手结束之后,客户端以 Client Key Exchange 报文作为回应。报文中包含通信加密中使用的一种被称为 Pre-master secret 的随机密码串。该报文已用步骤 3 中的公开密钥进行加密。
步骤 6: 接着客户端继续发送 Change Cipher Spec 报文。该报文会提示服务器,在此报文之后的通信会采用 Pre-master secret 密钥加密。
步骤 7: 客户端发送 Finished 报文。该报文包含连接至今全部报文的整体校验值。这次握手协商是否能够成功,要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准。
步骤 8: 服务器同样发送 Change Cipher Spec 报文。
步骤 9: 服务器同样发送 Finished 报文。
步骤 10: 服务器和客户端的 Finished 报文交换完毕之后,SSL 连接就算建立完成。当然,通信会受到 SSL 的保护。从此处开始进行应用层协议的通信,即发送 HTTP 请求。
步骤 11: 应用层协议通信,即发送 HTTP 响应。
步骤 12: 最后由客户端断开连接。断开连接时,发送 close_notify 报文。上图做了一些省略,这步之后再发送 TCP FIN 报文来关闭与 TCP 的通信。
在以上流程中,应用层发送数据时会附加一种叫做 MAC(Message Authentication Code)的报文摘要。MAC 能够查知报文是否遭到篡改,从而保护报文的完整性。
HTTP认证
有一些网址或者服务需要用户的身份信息,因此需要随时知道这些消息,但是肯定不能每次都让用户输入用户密码,因此关于认证就有下面几种方式:
其中BASIC认证是最简单的认证,大致过程如下:
1 、客户端访问某URL。
2 、服务器端返回401状态码,提示用户输入用户名密码。
3 、用户输入用户名密码,通过BASE64编码传输。
4 、服务器通过认证,返回状态码200
通过上面的过程,就可以发现BASIC的问题:
- 仅仅通过BASE64编码,其实还是属于明文传输,安全性不高
- 有的浏览器不支持注销
鉴于上面BASIC的问题,DIGEST做了补充,它的过程与上面类似:
1 、客户端访问
2 、服务器端返回质询码
3 、客户端发送响应码
这里通过随机的生成质询码来作为计算的一种方式,客户端依据这个质询码生成响应码,进行验证。
这样就弥补了明文传输用户密码的风险。
SSL客户端验证,这个比较普遍了!
像支付宝啊,邮政网银啊之类的,在登录时,都需要下载一个数字认证的东西,这个东西就属于一种SSL客户端的验证。
很显然它的缺点就是需要客户去手动的安装,这个对于一般的用户来说,代价有点高。
最后一种是应用最普遍的,通过表单记录用户的身份信息,可以使用cookie或者session的方式保存用户信息。