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绝对不能绕开的 HTTP 协议

 redwineczy 2023-03-08 发布于上海

昨天发文后,蟒蛇群里有读者反馈“吃错药了吧,基础知识群里怎么发爬虫教学呢”,后边没有人再去回复他…

也有读者反馈“学爬虫是蟒蛇书看完,买权威指南还是开发实战”,然后就有其他读者小伙伴跟他展开了讨论和交流,彼此在陪伴鼓励着对方…

其实我更偏向于积极正向的反馈,这种积极正向影响的是群里好几百人,同时也会鼓舞着我,这对于我来说也有更新文章的动力。

看书和学习一个新东西是需要热情和坚持的。刚开始的时候不难,是因为新鲜感,有满腔的热情;越到后边越难,是因为知识都是由浅入深的,更何况我们的新鲜感和热情都在逐渐衰退。所以伴读群的存在是为了让大家在学习的时候,找到同伴,共同坚持,走得更远~

如果大家有想要了解的内容,可以在群里告诉小助手,我们针对这些问题可以有文章的产出,也可以有直播的分享,非常期待大家的反馈!!

大家在讨论编写网络爬虫程序的时候会用到 HTTP 协议的各方面知识,群里有大家提到了“ HTTP 网络协议建议买《图解 HTTP 协议》,网上说简单易懂”。

那今天就跟大家分享一下 HTTP 相关的知识吧~

为了理解 HTTP,我们有必要事先了解一下 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。

像这样把与互联网相关联的协议集合起来总称为 TCP/IP。

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与 HTTP 关系密切的协议:IP、TCP 和 DNS

负责传输的 IP 协议

IP(Internet Protocol)网际协议位于网络层。Internet Protocol 这个名称可能听起来有点夸张,但事实正是如此,因为几乎所有使用网络的系统都会用到 IP 协议。

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 地址可变换,但 MAC 地址基本上不会更改。

在到达通信目标前的中转过程中,那些计算机和路由器等网络设备只能获悉很粗略的传输路线。无论哪台计算机、哪台网络设备,它们都无法全面掌握互联网中的细节。

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确保可靠性的 TCP 协议

TCP 位于传输层,提供可靠的字节流服务。TCP 协议为了更容易传送大数据才把数据分割,而且 TCP 协议能够确认数据最终是否送达到对方。

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)。

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。

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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。

计算机既可以被赋予 IP 地址,也可以被赋予主机名和域名。比如 www.hackr.jp。

用户通常使用主机名或域名来访问对方的计算机,而不是直接通过 IP 地址访问。因为与 IP 地址的一组纯数字相比,用字母配合数字的表示形式来指定计算机名更符合人类的记忆习惯。

但要让计算机去理解名称,相对而言就变得困难了。因为计算机更擅长处理一长串数字。

为了解决上述的问题,DNS 服务应运而生。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。

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各种协议与 HTTP 协议的关系

我们通过这张图来了解下 IP 协议、TCP 协议和 DNS 服务在使用 HTTP 协议的通信过程中各自发挥了哪些作用。

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HTTP 协议用于客户端和服务器端之间的通信

HTTP 协议和 TCP/IP 协议族内的其他众多的协议相同,用于客户端和服务器之间的通信。

请求访问文本或图像等资源的一端称为客户端,而提供资源响应的一端称为服务器端。

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在两台计算机之间使用 HTTP 协议通信时,在一条通信线路上必定有一端是客户端,另一端则是服务器端。

有时候,按实际情况,两台计算机作为客户端和服务器端的角色有可能会互换。但就仅从一条通信路线来说,服务器端和客户端的角色是确定的,而用 HTTP 协议能够明确区分哪端是客户端,哪端是服务器端。

通过请求和响应的交换达成通信

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HTTP 协议规定,请求从客户端发出,最后服务器端响应该请求并返回。换句话说,肯定是先从客户端开始建立通信的,服务器端在没有接收到请求之前不会发送响应。

下面,我们来看一个具体的示例。图片

下面则是从客户端发送给某个 HTTP 服务器端的请求报文中的内容。

GET /index.htm HTTP/1.1
Host: hackr.jp

起 始 行 开 头 的 GET 表 示 请 求 访 问 服 务 器 的 类 型, 称 为 方 法(method)。随后的字符串 /index.htm 指明了请求访问的资源对象,也叫做请求 URI(request-URI)。最后的 HTTP/1.1,即 HTTP 的版本号,用来提示客户端使用的 HTTP 协议功能。

综合来看,这段请求内容的意思是:请求访问某台 HTTP 服务器上的 /index.htm 页面资源。

请求报文是由请求方法、请求 URI、协议版本、可选的请求首部字段和内容实体构成的。图片

接收到请求的服务器,会将请求内容的处理结果以响应的形式返回。

HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 10 Jul 2012 06:50:15 GMT
Content-Length: 362
Content-Type: text/html
<html>
……

在起始行开头的 HTTP/1.1 表示服务器对应的 HTTP 版本。紧挨着的 200 OK 表示请求的处理结果的状态码(status code)和原因短语(reason-phrase)。下一行显示了创建响应的日期时间,是首部字 段(header field)内的一个属性。

接着以一空行分隔,之后的内容称为资源实体的主体(entity body)。

响应报文基本上由协议版本、状态码(表示请求成功或失败的数字代码)、用以解释状态码的原因短语、可选的响应首部字段以及实体主体构成。稍后我们会对这些内容进行详细说明。

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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。

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使用 HTTP 协议,每当有新的请求发送时,就会有对应的新响应产生。协议本身并不保留之前一切的请求或响应报文的信息。这是为了更快地处理大量事务,确保协议的可伸缩性,而特意把 HTTP 协议设计成如此简单的。

可是,随着 Web 的不断发展,因无状态而导致业务处理变得棘手的情况增多了。比如,用户登录到一家购物网站,即使他跳转到该站的其他页面后,也需要能继续保持登录状态。针对这个实例,网站为了能够掌握是谁送出的请求,需要保存用户的状态。

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。

请求 URI 定位资源

HTTP 协议使用 URI 定位互联网上的资源。正是因为 URI 的特定功能,在互联网上任意位置的资源都能访问到。

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当客户端请求访问资源而发送请求时,URI 需要将作为请求报文中的请求URI 包含在内。指定请求 URI 的方式有很多。

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告知服务器意图的 HTTP 方法

  • GET:获取资源图片
  • POST:传输实体主体图片
  • PUT:传输文件图片
  • HEAD:获得报文首部图片
  • DELETE:删除文件图片
  • OPTIONS:询问支持的方法图片
  • TRACE:追踪路径图片
  • CONNECT:要求用隧道协议连接代理图片

使用方法下达命令

向请求 URI 指定的资源发送请求报文时,采用称为方法的命令。方法的作用在于,可以指定请求的资源按期望产生某种行为。方法中有 GET、POST 和 HEAD 等。

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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。图片以当年的通信情况来说,因为都是些容量很小的文本传输,所以即使这样也没有多大问题。可随着 HTTP 的普及,文档中包含大量图片的情况多了起来。

比如,使用浏览器浏览一个包含多张图片的 HTML 页面时,在发送请求访问 HTML 页面资源的同时,也会请求该 HTML 页面里包含的其他资源。因此,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。

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持久连接

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,但在 HTTP/1.0 内并未标准化。虽然有一部分服务器通过非标准的手段实现了持久连接,但服务器端不一定能够支持持久连接。毫无疑问,除了服务器端,客户端也需要支持持久连接。

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。

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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。

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。

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就要再次登录,或者要在每次请求报文中附加参数来管理登录状态。

不可否认,无状态协议当然也有它的优点。由于不必保存状态,自然可减少服务器的 CPU 及内存资源的消耗。从另一侧面来说,也正是因为 HTTP 协议本身是非常简单的,所以才会被应用在各种场景里。

图片保留无状态协议这个特征的同时又要解决类似的矛盾问题,于是引入了 Cookie 技术。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。

图片图片上图展示了发生 Cookie 交互的情景,HTTP 请求报文和响应报文的内容如下。①请求报文(没有 Cookie 信息的状态)

GET /reader/ HTTP/1.1
Host: hackr.jp
*首部字段内没有Cookie的相关信息

②响应报文(服务器端生成 Cookie 信息)

HTTP/1.1 200 OK
Date: Thu, 12 Jul 2012 07:12:20 GMT
Server: Apache
<Set-Cookie: sid=1342077140226724; path=/; expires=Wed,
10-Oct-12 07:12:20 GMT>
Content-Type: text/plain; charset=UTF-8

③请求报文(自动发送保存着的 Cookie 信息)

GET /image/ HTTP/1.1
Host: hackr.jp
Cookie: sid=1342077140226724

好啦,今天的内容就分享到这里,主要是 HTTP 协议相关的基础知识,其实 HTTP 协议本身并不复杂,理解起来也不会花费太多学习成本,但纯概念式的学习稍显单调。前端工程师也许对各种具有炫酷效果的页面的实现技巧、赏心悦目的 UI 框架更感兴趣,但因此常常忽视了 HTTP 协议这部分基础内容。实际上,如果想要在专业技术道路上走得更坚实,绝对不能绕开学习 HTTP 协议这一环节。对基础及核心部分的深入学习是成为一名专业技术人员的前提,以不变应万变才是立足之本。

以上内容来自《图解 HTTP》,目前,国内讲解 HTTP 协议的书实在太少了。本书作者的写作手法平实易懂,内容讲解透彻到位,图文并茂,大量图片穿插文中,生动形象地向读者介绍每一个应用案例,减少了读者阅读时的枯燥感。借助一张张配图,读者们不仅会加深视觉记忆,在轻松愉悦的氛围中,还可以更深刻地理解通信机制等背后的工作原理。

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