面试题学习笔记 | 计算机网络 HTTP 协议

之前我们了解到，在 HTTP 请求的请求行中包含了 HTTP 协议的版本号。不同版本的 HTTP 协议具有不同的特性，因此，了解常见 HTTP 版本之间的区别是必要的

HTTP 1.0 和 2.0 有什么区别？

作为相对早期的 HTTP 版本，HTTP/1.0 主要具有以下特点：

• 增加了 HEAD、POST 等新方法

• 增加了响应状态码

• 引入了请求头和响应头

• 在请求中加入了 HTTP 版本号

• 引入了 Content-Type 头部，使得传输的数据类型不再局限于文本

然而，HTTP/1.0 存在严重的性能问题——每请求一个资源都需要新建一个 TCP 连接，且请求必须串行执行。为了解决这些问题，HTTP/1.1 进行了如下优化：

• 新增了 Connection: Keep-Alive 头部，实现持久连接，避免频繁建立 TCP 连接

• 支持请求流水线（pipeline），允许在第一个请求未返回时继续发送后续请求，提高吞吐量

• 允许分块传输（chunked transfer encoding），服务器可以在不提前声明 Content-Length 的情况下逐步发送数据，适用于大文件传输

• 增强了缓存管理，引入 Cache-Control 头部

• 引入 Host 头部，支持同一 IP 地址下托管多个网站，解决虚拟主机访问问题

尽管 HTTP/1.1 的优化提升了性能，但仍存在瓶颈。随着互联网的高速发展，这些瓶颈逐渐显现，促使了 HTTP/2 的诞生。

HTTP/2 主要优化点如下：

• 采用二进制协议而非文本协议，提高解析效率

• 在单个 TCP 连接上支持多路复用，允许多个请求并行进行，避免队头阻塞

• 采用 HPACK 进行头部压缩，减少冗余数据，提高传输效率

• 允许服务器主动推送资源（Server Push），减少不必要的请求等待

HTTP 2.0 和 3.0 有什么区别？

HTTP/2 通过多路复用、二进制帧、头部压缩和服务器推送等机制提升了性能，但仍然存在以下问题：

1. 队头阻塞问题

   • 虽然 HTTP/2 解决了应用层的队头阻塞问题（即同一连接中的多个请求可以交错发送），但仍然受制于 TCP 的丢包重传机制

   • 在 TCP 连接中，一旦发生丢包，所有数据流都必须等待该数据包重传，导致整体延迟增加

2. 连接建立延迟

   • 在 HTTPS 连接中，TCP 三次握手完成后，还需要进行 TLS 握手，通常需要额外 1~2 个 RTT（往返时延）

   • 在高延迟网络环境下，建立连接的成本较高

3. 连接迁移限制

   • TCP 连接由四元组（源 IP、源端口、目标 IP、目标端口）标识，一旦网络环境发生变化（如设备切换 Wi-Fi 到移动数据），连接会断开并需要重新建立

HTTP/3 针对这些问题进行了优化：

• 基于 UDP 取代 TCP，使用 QUIC 协议，避免了 TCP 队头阻塞，同时提供了类似 TCP 的可靠传输机制

• 默认集成 TLS 1.3 加密，相比 HTTP/2 可选 TLS，HTTP/3 强制使用 TLS，增强安全性

• 减少连接建立时间，QUIC 结合 TLS 1.3，使连接建立与加密握手同时进行，大幅降低首次连接延迟

• 支持连接迁移，QUIC 通过连接 ID 识别连接，而不是依赖 IP 和端口，使其在网络切换时无需重新建立连接

HTTP 和 HTTPS 有什么区别？

有时在访问网站时，会看到如下提示：

该网站未使用私密连接。其他人可能会查看或修改您通过该网站发送和接收的信息

这是因为该网站使用的是 HTTP，而不是 HTTPS。二者的主要区别如下：

• 数据传输安全性

  • HTTP 采用明文传输，容易被监听和篡改

  • HTTPS 通过 SSL/TLS 协议对数据进行加密，确保数据的机密性和完整性

• 端口号

  • HTTP 默认使用端口 80

  • HTTPS 默认使用端口 443

• 性能

  • HTTP 由于无需加密，连接建立速度较快

  • HTTPS 需要进行 SSL/TLS 握手，带来额外的计算开销，但现代优化已降低了性能差距

• SEO 影响

  • 搜索引擎通常降低 HTTP 站点的排名

  • Google 等搜索引擎更倾向于优先展示 HTTPS 网站

扩展：HTTPS 的握手过程

HTTPS 使用 TLS 进行握手，以 RSA 方式举例，握手过程如下：

1. 客户端 Hello

   • 客户端向服务器发送 ClientHello 消息，包括支持的 TLS 版本、加密算法套件和随机数

2. 服务器 Hello

   • 服务器响应 ServerHello 消息，确认 TLS 版本和加密算法，并返回一个随机数和数字证书（包含公钥），证明自身身份

3. 客户端密钥交换 & 生成对称密钥

   • 客户端验证服务器证书后，生成一个 pre-master 密钥，并使用服务器公钥加密，发送给服务器

   • 服务器使用私钥解密 pre-master，双方根据协商的算法生成最终的对称密钥

4. 开始安全通信

   • 双方交换 Finished 消息，确认加密通道建立，从此使用对称加密传输数据

HTTPS 的核心在于：服务器依赖 CA 机构获取公私钥，客户端通过 CA 机构验证服务器身份，利用公钥加密密钥，服务器通过私钥解密，从而建立安全的对称加密通信

总结

今天我们了解了 HTTP 各个版本的特点及其演进过程。可以发现，早期协议设计较为简单，只能满足基本需求，而随着互联网的发展，新的性能瓶颈不断出现，促使协议进行优化升级。

每次协议的迭代都旨在解决已有问题，但新技术的引入往往也会带来新的挑战。如何平衡性能、可靠性与安全性，是协议设计中必须慎重考虑的核心问题。在实际应用中，我们需要根据业务需求选择合适的 HTTP 版本，并关注未来的技术趋势，以便更好地优化网络通信性能