「知识拾遗」 http2/http3总结

  • 2019 年 12 月 20 日
  • 筆記

HTTP2的主要特性

  1. H2是一个二进制协议,H1是超文本协议.传输的内容都不是一样的。
  2. H2遵循多路复用即,代替同一host下的内容,只建立一次连接. H1不是。
  3. H2可以使用HPACK进行头部的压缩,H1则不论什么请求都会发送。
  4. H2允许服务器,预先将网页所需要的资源PUSH到浏览器的内存当中。

HTTP2的多路复用

在HTTP1.1的协议中，我们传输的request和response都是基本于文本的，这样就会引发一个问题：所有的数据必须按顺序传输，比如需要传输：hello world，只能从h到d一个一个的传输，不能并行传输，因为接收端并不知道这些字符的顺序，所以并行传输在HTTP1.1是不能实现的。

HTTP/2引入二进制数据帧和流的概念，其中帧对数据进行顺序标识，这样浏览器收到数据之后，就可以按照序列对数据进行合并，而不会出现合并后数据错乱的情况。同样是因为有了序列，服务器就可以并行的传输数据，这就是流所做的事情。

HTTP/2对同一域名下所有请求都是基于流，也就是说同一域名不管访问多少文件，也只建立一路连接。

HTTP2的新特性

  • 新的二进制格式 （Binary Format），HTTP1.x的解析是基于文本。基于文本协议的格式解析存在天然缺陷，文本的表现形式有多样性，要做到健壮性考虑的场景必然很多，二进制则不同，只认0和1的组合。基于这种考虑HTTP2.0的协议解析决定采用二进制格式，实现方便且健壮。
  • 多路复用 （MultiPlexing） 即连接共享，即每一个request都是是用作连接共享机制的。一个request对应一个id，这样一个连接上可以有多个request，每个连接的request可以随机的混杂在一起，接收方可以根据request的 id将request再归属到各自不同的服务端请求里面。
  • header压缩 HTTP1.x的header带有大量信息，而且每次都要重复发送，HTTP2.0使用encoder来减少需要传输的header大小，通讯双方各自cache一份header fields表，既避免了重复header的传输，又减小了需要传输的大小。
  • 服务端推送 （server push） 同SPDY一样，HTTP2.0也具有server push功能。目前，有大多数网站已经启用HTTP2.0，例如 YouTuBe，淘宝网等网站，可以利用chrome控制台可以查看是否启用H2

SPDY

2012年google如一声惊雷提出了SPDY的方案，大家才开始从正面看待和解决老版本HTTP协议本身的问题，SPDY可以说是综合了HTTPS和HTTP两者优点于一体的传输协议，主要解决：

  1. 降低延迟 针对HTTP高延迟的问题，SPDY优雅的采取了多路复用（multiplexing）。多路复用通过多个请求stream共享一个tcp连接的方式，解决了HOL blocking的问题，降低了延迟同时提高了带宽的利用率。
  2. 请求优先级（request prioritization） 多路复用带来一个新的问题是，在连接共享的基础之上有可能会导致关键请求被阻塞。SPDY允许给每个request设置优先级，这样重要的请求就会优先得到响应。比如浏览器加载首页，首页的html内容应该优先展示，之后才是各种静态资源文件，脚本文件等加载，这样可以保证用户能第一时间看到网页内容。
  3. header压缩 前面提到HTTP1.x的header很多时候都是重复多余的。选择合适的压缩算法可以减小包的大小和数量。
  4. 基于HTTPS的加密协议传输 这大大提高了传输数据的可靠性。
  5. 服务端推送（server push） 采用了SPDY的网页，例如我的网页有一个sytle.css的请求，在客户端收到sytle.css数据的同时，服务端会将sytle.js的文件推送给客户端，当客户端再次尝试获取sytle.js时就可以直接从缓存中获取到，不用再发请求了。

SPDY位于HTTP之下，TCP和SSL之上，这样可以轻松兼容老版本的HTTP协议(将HTTP1.x的内容封装成一种新的frame格式)，同时可以使用已有的SSL功能。

SPDY与HTTP2的区别

  • 头部压缩算法，SPDY，通用的deflate算法[注1]；HTTP2，专门为压缩头部设计的HPACK算法
  • SPDY必须在TLS上运行，HTTP2可在TCP上直接使用，因为增加了HTTP1.1的Upgrade机制
  • 更加完善的协议商讨和确认流程
  • 更加完善的Server Push流程
  • 增加控制帧的种类，并对帧的格式考虑的更细致

HTTP2的缺点

  1. TCP 以及 TCP+TLS建立连接的延时,HTTP/2使用TCP协议来传输的，而如果使用HTTPS的话，还需要使用TLS协议进行安全传输，而使用TLS也需要一个握手过程,在传输数据之前，导致我们需要花掉 3～4 个 RTT。
  2. TCP的队头阻塞并没有彻底解决。在HTTP/2中，多个请求是跑在一个TCP管道中的。但当HTTP/2出现丢包时，整个 TCP 都要开始等待重传，那么就会阻塞该TCP连接中的所有请求。

HTTP3

Google 在推SPDY的时候就已经意识到了这些问题，于是就另起炉灶搞了一个基于 UDP 协议的“QUIC”协议，让HTTP跑在QUIC上而不是TCP上。主要特性如下：

  • 实现了类似TCP的流量控制、传输可靠性的功能。虽然UDP不提供可靠性的传输，但QUIC在UDP的基础之上增加了一层来保证数据可靠性传输。它提供了数据包重传、拥塞控制以及其他一些TCP中存在的特性
  • 实现了快速握手功能。由于QUIC是基于UDP的，所以QUIC可以实现使用0-RTT或者1-RTT来建立连接，这意味着QUIC可以用最快的速度来发送和接收数据。
  • 集成了TLS加密功能。目前QUIC使用的是TLS1.3，相较于早期版本TLS1.3有更多的优点，其中最重要的一点是减少了握手所花费的RTT个数。
  • 多路复用，彻底解决TCP中队头阻塞的问题。

参考资料

  • https://juejin.im/post/5d9abde7e51d4578110dc77f

相关资料

  • https://juejin.im/post/5d9abde7e51d4578110dc77f

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