注：以下内容摘自《图解 HTTP》，仅作学习记录。若有断章取义之处，望阅原文。

TCP/IP 协议族

通常使用的网络（包括互联网）是在 TCP/IP 协议族的基础上运作的。而 HTTP 属于它内部的一个子集。

TCP/IP 是互联网相关的各类协议族的总称。

TCP/IP 协议族：EEEE 802.3、IP、ICMP、PPPoE、DNS、TCP、UDP、FTP、FDDI、HTTP、SNMP...

TCP/IP 的分层管理

TCP/IP 协议族按层次分为 4 层：应用层、传输层、网络层和数据链路层。

TCP/IP 的分层管理

• 应用层：应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。
• 传输层：传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。
• 网络层：网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线）到达对方计算机，并把数据包传送给对方。
• 链路层（又名数据链路层， 网络接口层）：用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC（Network Interface Card，网络适配器，即网卡），及光纤等物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介）。

TCP/IP 通信传输流

IP 协议

按层次分，IP（Internet Protocol）网际协议位于网络层。

IP 协议的作用是把各种数据包传送给对方。而要保证确实传送到对方那里，则需要满足各类条件。其中两个重要的条件是 IP 地址和 MAC 地址（Media Access Control Address）。

IP 地址指明了节点被分配到的地址，MAC 地址是指网卡所属的固定地址。IP 地址可以和 MAC 地址进行配对。IP 地址可变换，但 MAC 地址基本上不会更改。

ARP 协议

IP 间的通信依赖 MAC 地址。在网络上，通信的双方在同一局域网 （LAN）内的情况是很少的，通常是经过多台计算机和网络设备中转才能连接到对方。而在进行中转时，会利用下一站中转设备的 MAC 地址来搜索下一个中转目标。这时，会采用 ARP 协议（Address Resolution Protocol）。ARP 是一种用以解析地址的协议，根据通信方 的 IP 地址就可以反查出对应的 MAC 地址。

确保可靠性的 TCP 协议

按层次分，TCP 位于传输层，提供可靠的字节流服务。

所谓的字节流服务（Byte Stream Service）是指，为了方便传输，将大块数据分割成以报文段（segment）为单位的数据包进行管理。而可靠的传输服务是指，能够把数据准确可靠地传给对方。

为了准确无误地将数据送达目标处，TCP 协议采用了三次握手 （three-way handshaking）策略。用 TCP 协议把数据包送出去后，TCP 不会对传送后的情况置之不理，它一定会向对方确认是否成功送达。握手过程中使用了 TCP 的标志（flag） —— SYN（synchronize） 和 ACK（acknowledgement）。

发送端首先发送一个带 SYN 标志的数据包给对方。接收端收到后，回传一个带有 SYN/ACK 标志的数据包以示传达确认信息。最后，发送端再回传一个带 ACK 标志的数据包，代表“握手”结束。

若在握手过程中某个阶段莫名中断，TCP 协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

TCP 协议中的三次握手策略

除了上述三次握手策略，TCP 协议还有其他各种手段来保证通信的可靠性。

负责域名解析的 DNS 服务

DNS（Domain Name System）服务是和 HTTP 协议一样位于应用层的协议。它提供域名到 IP 地址之间的解析服务。

DNS 协议提供通过域名查找 IP 地址，或逆向从 IP 地址反查域名的服务。

URI

URI 是 Uniform Resource Identifier 的缩写。

URI 是由某个协议方案表示的资源的定位标识符。

URI 用字符串标识某一互联网资源，而 URL 表示资源的地点（互联 网上所处的位置）。可见 URL 是 URI 的子集。

绝对 URI 的格式

HTTP 是不保存状态的协议

HTTP 是一种不保存状态，即无状态（stateless）协议。HTTP 协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。也就是说在 HTTP 这个级别，协议对于发送过的请求或响应都不做持久化处理。

HTTP/1.1 虽然是无状态协议，但为了实现期望的保持状态功能，于是引入了 Cookie 技术。有了 Cookie 再用 HTTP 协议通信，就可以管理状态了。

HTTP 方法

• GET 方法用来请求访问已被 URI 识别的资源。
• POST 方法用来传输实体的主体。
• PUT 方法用来传输文件。
• HEAD 方法用于确认 URI 的有效性及资源更新的日期时间等。
• DELETE 方法用来删除文件
• OPTIONS 方法用来查询针对请求 URI 指定的资源支持的方法。
• TRACE 方法是让 Web 服务器端将之前的请求通信环回给客户端的方法。
• CONNECT 方法要求在与代理服务器通信时建立隧道，实现用隧道协议进行 TCP 通信。

持久连接节省通信量

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。

持久连接节省通信量

每次的请求都会造成无谓的 TCP 连接建立和断开，增加通信量的开销。

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。

持久连接旨在建立 1 次 TCP 连接后进行多次请求和响应的交互

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。从前客户端发送请求后，需要等待并收到服务端的响应后，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。

不等待响应， 直接发送下一个请求

使用 Cookie 的状态管理

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。

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。

编码提升传输效率

HTTP 在传输数据时可以按照数据原貌直接传输，但也可以在传输过程中通过编码提升传输速率。通过在传输时编码，能有效地处理大量的访问请求。但是，编码的操作需要计算机来完成，因此会消耗更多的 CPU 等资源。

HTTP 协议中有一种被称为内容编码的功能也能进行类似压缩邮件文件的操作。

内容编码指明应用在实体内容上的编码格式，并保持实体信息原样压缩。内容编码后的实体由客户端接收并负责解码。

编码提升传输效率

发送多种数据的多部分对象集合

在 MIME 扩展中会使用一种称为多部分对象集合（Multipart）的方法，来容纳多份不同类型的数据。

HTTP 协议中也采纳了多部分对象集合，发送的一份报文主体内可含有多类型实体。通常是在图片或文本文件等上传时使用。

在 HTTP 报文中使用多部分对象集合时，需要在首部字段里加上 Content-type 字段。使用 boundary 字符串来划分多部分对象集合指明的各类实体。

多部分对象集合包含的对象如下：

• multipart/form-data
  在 Web 表单文件上传时使用。
• multipart/byteranges
  状态码 206（Partial Content，部分内容）响应报文包含了多个范围的内容时使用。
• multipart/form-data

  Content-Type: multipart/form-data; boundary=AaB03x 　
  --AaB03x
  Content-Disposition: form-data; name="field1" 　 Joe Blow
  --AaB03x
  Content-Disposition: form-data; name="pics"; filename="file1.txt"
  Content-Type: text/plain 　 
  ...（file1.txt的数据）... 
  --AaB03x--
  

• multipart/byteranges

  HTTP/1.1 206 Partial Content Date: Fri, 13 Jul 2012 02:45:26 GMT Last-Modified:         Fri, 31 Aug 2007 02:02:20 GMT Content-Type: multipart/byteranges;       boundary=THIS_STRING_SEPARATES
  
  --THIS_STRING_SEPARATES Content-Type: application/pdf Content-Range: bytes 500-999/8000
  ...（范围指定的数据）... 
  --THIS_STRING_SEPARATES Content-Type: application/pdf Content-Range: bytes 7000-7999/8000
  ...（范围指定的数据）... 
  --THIS_STRING_SEPARATES--
  

内容协商

内容协商机制是指客户端和服务器端就响应的资源内容进行交涉，然后提供给客户端最为适合的资源。内容协商会以响应资源的语言、字符集、编码方式等作为判断的基准。

包含在请求报文中的某些首部字段（如下）就是判断的基准：

• Accept
• Accept-Charset
• Accept-Encoding
• Accept-Language
• Content-Language

内容协商技术有以下 3 种类型：

• 服务器驱动协商（Server-driven Negotiation）：由服务器端进行内容协商。
• 客户端驱动协商（Agent-driven Negotiation）：由客户端进行内容协商的方式。
• 透明协商（Transparent Negotiation）：是服务器驱动和客户端驱动的结合体，是由服务器端和客户端各自进 行内容协商的一种方法。

HTTP 首部字段

HTTP 首部字段是构成 HTTP 报文的要素之一。在客户端与服务器之间以 HTTP 协议进行通信的过程中，无论是请求还是响应都会使用首部字段，它能起到传递额外重要信息的作用。

使用首部字段是为了给浏览器和服务器提供报文主体大小、所使用的语言、认证信息等内容。

HTTP 首部字段

通用首部字段

请求首部字段

响应首部字段

实体首部字段

非 HTTP/1.1 首部字段

在 HTTP 协议通信交互中使用到的首部字段，不限于 RFC2616 中定义的 47 种首部字段。还有 Cookie、Set-Cookie 和 Content-Disposition 等在其他 RFC 中定义的首部字段，它们的使用频率也很高。

End-to-end 首部和 Hop-by-hop 首部

HTTP 首部字段将定义成缓存代理和非缓存代理的行为，分成 2 种类型。

• 端到端首部（End-to-end Header）
  分在此类别中的首部会转发给请求/响应对应的最终接收目标，且必须保存在由缓存生成的响应中，另外规定它必须被转发。
• 逐跳首部（Hop-by-hop Header）
  分在此类别中的首部只对单次转发有效，会因通过缓存或代理而不再转发。HTTP/1.1 和之后版本中，如果要使用 hop-by-hop 首部，需提供 Connection 首部字段。

下面列举了 HTTP/1.1 中的逐跳首部字段。除这 8 个首部字段之外，其他所有字段都属于端到端首部。

• Connection
• Keep-Alive
• Proxy-Authenticate
• Proxy-Authorization
• Trailer
• TE
• Transfer-Encoding
• Upgrade

HTTP 使用的认证方式

HTTP/1.1 使用的认证方式如下所示：

• BASIC 认证（基本认证）
• DIGEST 认证（摘要认证）
• SSL 客户端认证
• FormBase 认证（基于表单认证）