计算机网络学习（三）——HTTP
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：
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：
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> │▼
页面显示在用户浏览器四、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 │ │ │ │ │└────────────────────┘ └────────────────────┘ └────────────────────┘
六、HTTP 与其他协议
- 属于应用层协议，基于TCP（HTTP/1/1.1/2）或UDP（HTTP/3）；
- DNS 负责域名解析，TLS 负责加密；
- 与 REST、GraphQL、WebSocket 等现代接口技术密切相关；
- 浏览器与服务器之间的核心通信协议。
七、实际应用
- 浏览网页：浏览器发起GET请求获取网页资源；
- 提交表单：表单内容通过POST请求发送到服务器；
- 加载图片、视频等资源：通过HTTP并发多次请求；
- 接口调用（API）：如Ajax、前后端通信（JSON格式）。