前端面試查漏補缺--(九) HTTP與HTTPS
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TCP/IP協議
在講解HTTP與HTTPS之前,有個知識點必須提前講解下,那就是TCP/IP協議.
從字面意義上講，有人可能會認為 TCP/IP 是指 TCP 和 IP 兩種協議。實際生活當中有時也確實就是指這兩種協議。然而在很多情況下，它只是利用 IP 進行通訊時所必須用到的協議群的統稱。具體來說，IP 或 ICMP、TCP 或 UDP、TELNET 或 FTP、以及 HTTP 等都屬於 TCP/IP 協議。他們與 TCP 或 IP 的關係緊密，是網際網路必不可少的組成部分。TCP/IP 一詞泛指這些協議，因此，有時也稱 TCP/IP 為網際協議群。
網際網路進行通訊時，需要相應的網路協議，TCP/IP 原本就是為使用網際網路而開發制定的協議族。因此， 網際網路的協議就是 TCP/IP，TCP/IP 就是網際網路的協議。
更詳細全面的可以檢視 一篇文章帶你熟悉 TCP/IP 協議（網路協議篇二）
TCP協議（傳輸控制協議）:應用程式之間的通訊
TCP確保資料包以正確的次序到達，並且嘗試確認資料包的內容沒有改變。TCP在IP地址之上引埠（port），它允許計算機通過網路提供各種服務。一些埠號為不同的服務保留，而且這些埠號是眾所周知。
服務或者守護程序：在提供服務的機器上，有程式監聽特定埠上的通訊流。例如大多數電子郵件通訊流出現在埠25上，用於wwww的HTTP通訊流出現在80埠上。
當應用程式希望通過 TCP 與另一個應用程式通訊時，它會發送一個通訊請求。這個請求必須被送到一個確切的地址。在雙方“握手”之後，TCP 將在兩個應用程式之間建立一個全雙工 (full-duplex) 的通訊，佔用兩個計算機之間整個的通訊線路。TCP 用於從應用程式到網路的資料傳輸控制。TCP 負責在資料傳送之前將它們分割為 IP 包，然後在它們到達的時候將它們重組。
TCP/IP 就是TCP 和 IP 兩個協議在一起協同工作，有上下層次的關係。
TCP 負責應用軟體（比如你的瀏覽器）和網路軟體之間的通訊。IP 負責計算機之間的通訊。 TCP 負責將資料分割並裝入 IP 包，IP 負責將包傳送至接受者 ，傳輸過程要經IP路由器負責根據通訊量、網路中的錯誤或者其他引數來進行正確地定址，然後在它們到達的時候重新組合它們。
IP協議（網際協議）:計算機之間的通訊
IP協議是計算機用來相互識別的通訊的一種機制，每臺計算機都有一個IP.用來在internet上標識這臺計算機。 IP 負責在因特網上傳送和接收資料包。 通過 IP，訊息（或者其他資料）被分割為小的獨立的包，並通過因特網在計算機之間傳送。 IP 負責將每個包路由至它的目的地。
IP協議僅僅是允許計算機相互發訊息，但它並不檢查訊息是否以傳送的次序到達而且沒有損壞（只檢查關鍵的頭資料）。為了提供訊息檢驗功能，直接在IP協議上設計了傳輸控制協議TCP。
HTTP協議
概念
HTTP協議（HyperText Transfer Protocol，超文字傳輸協議）是用於從WWW伺服器傳輸超文字到本地瀏覽器的傳輸協議。它可以使瀏覽器更加高效，使網路傳輸減少。它不僅保證計算機正確快速地傳輸超文字文件，還確定傳輸文件中的哪一部分，以及哪部分內容首先顯示(如文字先於圖形)等。
HTTP是客戶端瀏覽器或其他程式與Web伺服器之間的應用層通訊協議。在Internet上的Web伺服器上存放的都是超文字資訊，客戶機需要通過HTTP協議傳輸所要訪問的超文字資訊。HTTP包含命令和傳輸資訊，不僅可用於Web訪問，也可以用於其他因特網/內聯網應用系統之間的通訊，從而實現各類應用資源超媒體訪問的整合。
我們在瀏覽器的位址列裡輸入的網站地址叫做URL (Uniform Resource Locator，統一資源定位符)。就像每家每戶都有一個門牌地址一樣，每個網頁也都有一個Internet地址。當你在瀏覽器的地址框中輸入一個URL或是單擊一個超級連結時，URL就確定了要瀏覽的地址。 瀏覽器通過超文字傳輸協議(HTTP)，將Web伺服器上站點的網頁程式碼提取出來，並翻譯成漂亮的網頁。
HTTP 協議基礎
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永遠都是客戶端發起請求，伺服器回送響應應用 HTTP 協議時，必定是一端擔任客戶端角色，另一端擔任伺服器端角色。僅從一條通訊線路來說，伺服器端和客服端的角色是確定的。HTTP 協議規定，請求從客戶端發出，最後伺服器端響應該請求並返回。 換句話說，肯定是先從客戶端開始建立通訊的，伺服器端在沒有接收到請求之前不會發送響應。
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無狀態的協議 HTTP 是一種無狀態協議。協議自身不對請求和響應之間的通訊狀態進行儲存。 也就是說在 HTTP 這個級別，協議對於傳送過的請求或響應都不做持久化處理。這是為了更快地處理大量事務，確保協議的可伸縮性，而特意把 HTTP 協議設計成如此簡單的。可是隨著 Web 的不斷髮展，我們的很多業務都需要對通訊狀態進行儲存。於是我們引入了 Cookie 技術。有了 Cookie 再用 HTTP 協議通訊，就可以管理狀態了。
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Cookie 管理狀態Cookie 技術通過 在請求和響應報文中寫入 Cookie 資訊來控制客戶端的狀態。 Cookie 會根據從伺服器端傳送的響應報文內的一個叫做 Set-Cookie 的首部欄位資訊，通知客戶端儲存Cookie。當下次客戶端再往該伺服器傳送請求時，客戶端會自動在請求報文中加入 Cookie 值後傳送出去。伺服器端發現客戶端傳送過來的 Cookie 後，會去檢查究竟是從哪一個客戶端發來的連線請求，然後對比伺服器上的記錄，最後得到之前的狀態資訊。
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URI 定位資源HTTP 協議使用 URI 定位網際網路上的資源。正是因為 URI 的特定功能，在網際網路上任意位置的資源都能訪問到。
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持久連線HTTP 協議的初始版本中，每進行一個 HTTP 通訊都要斷開一次 TCP 連線。比如使用瀏覽器瀏覽一個包含多張圖片的 HTML 頁面時，在傳送請求訪問 HTML 頁面資源的同時，也會請求該 HTML 頁面裡包含的其他資源。因此，每次的請求都會造成無畏的 TCP 連線建立和斷開，增加通訊量的開銷。 為了解決上述 TCP 連線的問題，HTTP/1.1 和部分 HTTP/1.0 想出了持久連線的方法。其特點是， 只要任意一端沒有明確提出斷開連線，則保持 TCP 連線狀態。旨在建立一次 TCP 連線後進行多次請求和響應的互動。在 HTTP/1.1 中，所有的連線預設都是持久連線。
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管線化持久連線使得多數請求以管線化方式傳送成為可能。以前傳送請求後需等待並接收到響應，才能傳送下一個請求。管線化技術出現後，不用等待亦可傳送下一個請求。這樣就能 做到同時並行傳送多個請求，而不需要一個接一個地等待響應了。 比如，當請求一個包含多張圖片的 HTML 頁面時，與挨個連線相比，用持久連線可以讓請求更快結束。而管線化技術要比持久連線速度更快。請求數越多，時間差就越明顯。
HTTP工作過程
- 1,地址解析
如用客戶端瀏覽器請求這個頁面： localhost.com:8080/index.htm 從中分解出協議名、主機名、埠、物件路徑等部分，對於我們的這個地址，解析得到的結果如下：
協議名：http 主機名：localhost.com 埠：8080 物件路徑：/index.htm 複製程式碼 複製程式碼
在這一步，需要域名系統DNS解析域名,得主機的IP地址。
- 2,封裝HTTP請求資料包
把以上部分結合本機自己的資訊，封裝成一個HTTP請求資料包
- 3,封裝成TCP包，建立TCP連線（TCP的三次握手）
在HTTP工作開始之前，客戶機（Web瀏覽器）首先要通過網路與伺服器建立連線，該連線是通過TCP來完成的，該協議與IP協議共同構建Internet，即著名的TCP/IP協議族，因此Internet又被稱作是TCP/IP網路。HTTP是比TCP更高層次的應用層協議，根據規則，只有低層協議建立之後才能，才能進行更層協議的連線，因此，首先要建立TCP連線，一般TCP連線的埠號是80。這裡是8080埠。
- 4,客戶端向伺服器傳送請求命令
建立TCP連線後，客戶機發送一個請求給伺服器，請求方式的格式為：統一資源識別符號（URL）、協議版本號，後邊是MIME資訊包括請求修飾符、客戶機資訊和可內容。
- 5,伺服器響應
伺服器接到請求後，給予相應的響應資訊，其格式為一個狀態行，包括資訊的協議版本號、一個成功或錯誤的程式碼，後邊是MIME資訊包括伺服器資訊、實體資訊和可能的內容。
實體訊息是伺服器向瀏覽器傳送頭資訊後，它會發送一個空白行來表示頭資訊的傳送到此為結束，接著，它就以Content-Type應答頭資訊所描述的格式傳送使用者所請求的實際資料.
- 6,伺服器關閉TCP連線
一般情況下，一旦伺服器向客戶端返回了請求資料，它就要關閉 TCP 連線，然後如果客戶端或者伺服器在其頭資訊加入了這行程式碼 Connection:keep-alive ，TCP 連線在傳送後將仍然保持開啟狀態，於是，客戶端可以繼續通過相同的連線傳送請求。保持連線節省了為每個請求建立新連線所需的時間，還節約了網路頻寬。
HTTP 協議報文結構與頭部
這部分涉及到的知識特別繁瑣,受限於篇幅,這裡就不贅述了.可以參考 這篇文章的四,五,六章作了超詳盡的說明.
HTTP的請求方法
GET: 獲取URL指定的資源； POST：傳輸實體資訊 PUT：上傳檔案 DELETE：刪除檔案 HEAD：獲取報文首部，與GET相比，不返回報文主體部分 OPTIONS：詢問支援的方法 TRACE：追蹤請求的路徑； CONNECT：要求在與代理伺服器通訊時建立隧道，使用隧道進行TCP通訊。主要使用SSL和TLS將資料加密後通過網路隧道進行傳輸。 複製程式碼
HTTP狀態碼
HTTP缺點
- 通訊使用明文，容易被竊聽
- 不驗證通訊方的身份，可能遭遇偽裝
- 無法證明報文的完整性，有可能遭遇篡改
HTTPS協議
概念
超文字傳輸安全協議（英語：Hypertext Transfer Protocol Secure，縮寫：HTTPS，常稱為HTTP over TLS，HTTP over SSL或HTTP Secure）是一種通過計算機網路進行安全通訊的傳輸協議。
HTTPS經由HTTP進行通訊，但 利用SSL/TLS來加密資料包。
HTTPS開發的主要目的，是提供 對網站伺服器的身份認證，保護交換資料的隱私與完整性。
簡而言之:HTTPS是在HTTP上建立SSL加密層，並對傳輸資料進行加密，是HTTP協議的安全版。
HTTPS比HTTP多了一層TLS/SSL協議
TLS/SSL全稱安全傳輸層協議Transport Layer Security, 是介於TCP和HTTP之間的一層安全協議，不影響原有的TCP協議和HTTP協議，所以使用HTTPS基本上不需要對HTTP頁面進行太多的改造。
HTTPS原理
這部分細說起來,真的很多.這裡我歸納簡單說一下:
- 客戶端向伺服器端索要並驗證公鑰。這一階段使用的是 非對稱加密傳輸 (RSA),服務端將數字證書發給客戶端.其中數字證書包括:公鑰和數字簽名.客戶端在拿到後對兩者進行校驗.
- 在非對稱加密傳輸中,兩端協商生成"對話金鑰"。
- 雙方採用"對話金鑰"進行對稱加密通訊。
受限於篇幅,我就不展開了.要不然就太多太多了.這裡我推薦幾篇文章大家全面理解:
- 以通俗易懂的方式理解https原理:文章
- 關於SSL/TLS 原理的詳細說明:文章
- 關於PKI體系與證書的說明:文章
HTTP 與 HTTPS 的區別
- HTTP 是明文傳輸，HTTPS 通過 SSL\TLS 進行了加密
- HTTP 的埠號是 80，HTTPS 是 443
- HTTPS 需要到 CA 申請證書，一般免費證書很少，需要交費
- HTTP 的連線很簡單，是無狀態的；HTTPS 協議是由 SSL+HTTP 協議構建的可進行加密傳輸、身份認證的網路協議，比 HTTP 協議安全。
HTTPS主要作用是：
- 對資料進行加密，並建立一個資訊保安通道，來保證傳輸過程中的資料安全
- 對網站伺服器進行真實身份認證
HTTPS缺點
- HTTPS協議握手階段比較費時，會使頁面的載入時間延長近50%，增加10%到20%的耗電；
- https連線快取不如http高效，如果是大流量網站,則會造成流量成本太高。
- https連線伺服器端資源佔用高很多，支援訪客稍多的網站需要投入更大的成本，如果全部採用https，基於大部分計算資源閒置的假設的VPS的平均成本會上去。
- SSL證書需要錢，功能越強大的證書費用越高，個人網站、小網站沒有必要一般不會用。
- SSL證書通常需要繫結IP，不能再同一IP上繫結多個域名，IPv4資源不可能支撐這個消耗(SSL有擴充套件可以部分解決這個問題，但是比較麻煩，而且要求瀏覽器、作業系統支援，Windows XP就不支援這個擴充套件，考慮到XP的裝機量，這個特性幾乎沒用)。
HTTPS接入優化
CDN接入
HTTPS 增加的延時主要是傳輸延時 RTT，RTT 的特點是節點越近延時越小，CDN 天然離使用者最近，因此選擇使用 CDN 作為 HTTPS 接入的入口，將能夠極大減少接入延時。CDN 節點通過和業務伺服器維持長連線、會話複用和鏈路質量優化等可控方法，極大減少 HTTPS 帶來的延時。
會話快取
雖然前文提到 HTTPS 即使採用會話快取也要至少1*RTT的延時，但是至少延時已經減少為原來的一半，明顯的延時優化;同時，基於會話快取建立的 HTTPS 連線不需要伺服器使用RSA私鑰解密獲取 Pre-master 資訊，可以省去CPU 的消耗。如果業務訪問連線集中，快取命中率高，則HTTPS的接入能力講明顯提升。當前TRP平臺的快取命中率高峰時期大於30%，10k/s的接入資源實際可以承載13k/的接入，收效非常可觀。
硬體加速
為接入伺服器安裝專用的SSL硬體加速卡，作用類似 GPU，釋放 CPU，能夠具有更高的 HTTPS 接入能力且不影響業務程式的。測試某硬體加速卡單卡可以提供35k的解密能力，相當於175核 CPU，至少相當於7臺24核的伺服器，考慮到接入伺服器其它程式的開銷，一張硬體卡可以實現接近10臺伺服器的接入能力。
遠端解密
本地接入消耗過多的 CPU 資源，浪費了網絡卡和硬碟等資源，考慮將最消耗 CPU 資源的RSA解密計算任務轉移到其它伺服器，如此則可以充分發揮伺服器的接入能力，充分利用頻寬與網絡卡資源。遠端解密伺服器可以選擇 CPU 負載較低的機器充當，實現機器資源複用，也可以是專門優化的高計算效能的伺服器。當前也是 CDN 用於大規模HTTPS接入的解決方案之一。
SPDY/HTTP2
前面的方法分別從減少傳輸延時和單機負載的方法提高 HTTPS 接入效能，但是方法都基於不改變 HTTP 協議的基礎上提出的優化方法，SPDY/HTTP2 利用 TLS/SSL 帶來的優勢，通過修改協議的方法來提升 HTTPS 的效能，提高下載速度等。