HTTPS和HTTP2.0详解

2018-05-28 阅读 883 收藏 2 原链:www.jianshu.com
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HTTP的基本优化

影响一个HTTP网络请求的因素主要有两个:带宽和延迟。

带宽:如果说我们还停留在拨号上网的阶段,带宽可能会成为一个比较严重影响请求的问题,但是现在网络基础建设已经使得带宽得到极大的提升,我们不再会担心由带宽而影响网速,那么就只剩下延迟了。 延迟

  1. 浏览器阻塞(HOL blocking):浏览器会因为一些原因阻塞请求。浏览器对于同一个域名,同时只能有 4 个连接(这个根据浏览器内核不同可能会有所差异),超过浏览器最大连接数限制,后续请求就会被阻塞。
  2. DNS 查询(DNS Lookup):浏览器需要知道目标服务器的 IP 才能建立连接。将域名解析为 IP 的这个系统就是 DNS。这个通常可以利用DNS缓存结果来达到减少这个时间的目的。
  3. 建立连接(Initial connection):HTTP 是基于 TCP 协议的,浏览器最快也要在第三次握手时才能捎带 HTTP 请求报文,达到真正的建立连接,但是这些连接无法复用会导致每次请求都经历三次握手和慢启动。三次握手在高延迟的场景下影响较明显,慢启动则对文件类大请求影响较大。

HTTP1.0和HTTP1.1的一些区别

HTTP1.0最早在网页中使用是在1996年,那个时候只是使用一些较为简单的网页上和网络请求上,而HTTP1.1则在1999年才开始广泛应用于现在的各大浏览器网络请求中,同时HTTP1.1也是当前使用最为广泛的HTTP协议。 主要区别主要体现在:

  1. 缓存处理,在HTTP1.0中主要使用header里的If-Modified-Since,Expires来做为缓存判断的标准,HTTP1.1则引入了更多的缓存控制策略例如Entity tag,If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match等更多可供选择的缓存头来控制缓存策略。
  2. 带宽优化及网络连接的使用,HTTP1.0中,存在一些浪费带宽的现象,例如客户端只是需要某个对象的一部分,而服务器却将整个对象送过来了,并且不支持断点续传功能,HTTP1.1则在请求头引入了range头域,它允许只请求资源的某个部分,即返回码是206(Partial Content),这样就方便了开发者自由的选择以便于充分利用带宽和连接。
  3. 错误通知的管理,在HTTP1.1中新增了24个错误状态响应码,如409(Conflict)表示请求的资源与资源的当前状态发生冲突;410(Gone)表示服务器上的某个资源被永久性的删除。
  4. Host头处理,在HTTP1.0中认为每台服务器都绑定一个唯一的IP地址,因此,请求消息中的URL并没有传递主机名(hostname)。但随着虚拟主机技术的发展,在一台物理服务器上可以存在多个虚拟主机(Multi-homed Web Servers),并且它们共享一个IP地址。HTTP1.1的请求消息和响应消息都应支持Host头域,且请求消息中如果没有Host头域会报告一个错误(400 Bad Request)。
  5. 长连接,HTTP 1.1支持长连接(PersistentConnection)和请求的流水线(Pipelining)处理,在一个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应,减少了建立和关闭连接的消耗和延迟,在HTTP1.1中默认开启Connection: keep-alive,一定程度上弥补了HTTP1.0每次请求都要创建连接的缺点。

HTTPS

HTTP 有以下安全性问题:

  1. 使用明文进行通信,内容可能会被窃听;
  2. 不验证通信方的身份,通信方的身份有可能遭遇伪装;
  3. 无法证明报文的完整性,报文有可能遭篡改。

HTTPS可以理解为 HTTP+SSL/TLS, 即 HTTP 下加入 SSL 层,HTTPS 的安全基础是 SSL,因此加密的详细内容就需要 SSL,用于安全的 HTTP 数据传输。 HTTPS 并不是新协议,而是让 HTTP 先和 SSL(Secure Sockets Layer)通信,再由 SSL 和 TCP 通信。也就是说 HTTPS 使用了隧道进行通信。 通过使用 SSL,HTTPs 具有了加密(防窃听)、认证(防伪装)和完整性保护(防篡改)

对称秘钥加密和非对称秘钥加密

对称密钥加密

对称密钥加密(Symmetric-Key Encryption),加密的加密和解密使用同一密钥。

优点:运算速度快; 缺点:密钥容易被获取。

公开密钥加密

公开密钥加密(Public-Key Encryption),也称为非对称密钥加密,使用一对密钥用于加密和解密,分别为公开密钥和私有密钥。公开密钥所有人都可以获得,通信发送方获得接收方的公开密钥之后,就可以使用公开密钥进行加密,接收方收到通信内容后使用私有密钥解密。

优点:更为安全; 缺点:运算速度慢;

HTTPS 采用混合的加密机制,使用公开密钥加密用于传输对称密钥来保证安全性,之后使用对称密钥加密进行通信来保证效率。

原理图:

How-HTTPS-Works.png

HTTPS性能问题

  1. HTTPS 降低用户访问速度。SSL握手,HTTPS 对速度会有一定程度的降低,但是只要经过合理优化和部署,HTTPS 对速度的影响完全可以接受。在很多场景下,HTTPS 速度完全不逊于 HTTP,如果使用 SPDY,HTTPS 的速度甚至还要比 HTTP 快。
  2. 相对于HTTPS降低访问速度,其实更需要关心的是服务器端的CPU压力,HTTPS中大量的密钥算法计算,会消耗大量的CPU资源,只有足够的优化,HTTPS 的机器成本才不会明显增加。

使用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两者有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,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构成图:

SPDY.png

HTTP2.0

HTTP2.0可以说是SPDY的升级版(其实原本也是基于SPDY设计的),但是,HTTP2.0 跟 SPDY 仍有不同的地方,主要是以下两点:

  • HTTP2.0 支持明文 HTTP 传输,而 SPDY 强制使用 HTTPS
  • HTTP2.0 消息头的压缩算法采用 HPACK,而非 SPDY 采用的 DEFLATE

HTTP2.0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。多路复用
  • header压缩,如上文中所言,对前面提到过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,利用chrome控制台可以查看是否启用H2。
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