HTTP

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。

TCP/IP协议族

计算机与网络设备要相互通信，双方就必须基于相同的方法。比如，如何探测到通信目标、由哪一边先发起通信、使用哪种语言进行通信、怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件、操作系统之间的通信，所有的这一切都需要一种规则。而我们就把这种规则称为协议（protocol）。

协议中存在各式各样的内容。从电缆的规格到IP地址的选定方法、寻找异地用户的方法、双方建立通信的顺序，以及Web页面显示需要处理的步骤，等等。像这样把与互联网相关联的协议集合起来总称为TCP/IP。也有说法认为，TCP/IP是指TCP和IP这两种协议。还有一种说法认为，TCP/IP是在IP协议的通信过程中，使用到的协议族的统称。

TCP/IP的分层管理

TCP/IP协议族里重要的一点就是分层。TCP/IP协议族按层次分别分为以下4层：应用层、传输层、网络层和数据链路层。

应用层

应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。TCP/IP协议族内预存了各类通用的应用服务。比如，FTP（FileTransfer Protocol，文件传输协议）和DNS（Domain NameSystem，域名系统）服务就是其中两类。HTTP协议也处于该层。

传输层

传输层对上层应用层，提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。在传输层有两个性质不同的协议：TCP（Transmission ControlProtocol，传输控制协议）和UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）。

网络层（又名网络互连层）

网络层用来处理在网络上流动的数据包。数据包是网络传输的最小数据单位。该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线）到达对方计算机，并把数据包传送给对方。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时，网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

链路层（又名数据链路层，网络接口层）

用来处理连接网络的硬件部分。包括控制操作系统、硬件的设备驱动、NIC（Network Interface Card，网络适配器，即网卡），及光纤等物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介）。硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

TCP/IP通信传输流

利用TCP/IP协议族进行网络通信时，会通过分层顺序与对方进行通信。发送端从应用层往下走，接收端则往应用层往上走。

我们用HTTP举例来说明，
首先作为发送端的客户端在应用层（HTTP协议）发出一个想看某个Web页面的HTTP请求。接着，为了传输方便，在传输层（TCP协议）把从应用层处收到的数据（HTTP请求报文）进行分割，并在各个报文上打上标记序号及端口号后转发给网络层。在网络层（IP协议），增加作为通信目的地的MAC地址后转发给链路层。这样一来，发往网络的通信请求就准备齐全了。接收端的服务器在链路层接收到数据，按序往上层发送，一直到应用层。当传输到应用层，才能算真正接收到由客户端发送过来的HTTP请求。

发送端在层与层之间传输数据时，每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。反之，接收端在层与层传输数据时，每经过一层时会把对应的首部消去。
这种把数据信息包装起来的做法称为封装（encapsulate）。

HTTP报文

HTTP报文首部


HTTP协议的请求和响应报文中必定包含HTTP首部。
首部内容为客户端和服务器分别处理请求和响应提供所需要的信息。

报文首部由几个字段构成。

HTTP请求报文

在请求中，HTTP报文由请求方法、请求URI、协议版本、可选的请求首部字段和内容实体等部分构成

下面的示例是访问http://hackr.jp时，请求报文的首部信息。

HTTP响应报文

在响应中，HTTP报文由HTTP版本、状态码（数字和原因短语）、HTTP首部字段3部分构成。


以下示例是之前请求访问http://hackr.jp/时，返回的响应报文的首部信息。

在报文众多的字段当中，HTTP首部字段包含的信息最为丰富。首部字段同时存在于请求和响应报文内，并涵盖HTTP报文相关的内容信息。
因HTTP版本或扩展规范的变化，首部字段可支持的字段内容略有不同。
本书主要涉及HTTP/1.1及常用的首部字段。

HTTP首部字段

HTTP首部字段传递重要信息


HTTP首部字段是构成HTTP报文的要素之一。在客户端与服务器之间以HTTP协议进行通信的过程中，无论是请求还是响应都会使用首部字段，它能起到传递额外重要信息的作用。
使用首部字段是为了给浏览器和服务器提供报文主体大小、所使用的语言、认证信息等内容。

HTTP首部字段结构

HTTP首部字段是由首部字段名和字段值构成的，中间用冒号“:”分隔。

例：

字段值对应单个HTTP首部字段可以有多个值，中间用“，”分开
若HTTP首部字段重复了会如何

当HTTP报文首部中出现了两个或两个以上具有相同首部字段名时会怎么样？这种情况在规范内尚未明确，根据浏览器内部处理逻辑的不同，结果可能并不一致。有些浏览器会优先处理第一次出现的首部字段，而有些则会优先处理最后出现的首部字段。

4种HTTP首部字段类型

HTTP首部字段根据实际用途被分为以下4种类型。

通用首部字段（General Header Fields）

请求报文和响应报文两方都会使用的首部。

请求首部字段
从客户端向服务器端发送请求报文时使用的首部。补充了请求的附加内容、客户端信息、响应内容相关优先级等信息。
响应首部字段
从服务器端向客户端返回响应报文时使用的首部。补充了响应的附加内容，也会要求客户端附加额外的内容信息。
实体首部字段
针对请求报文和响应报文的实体部分使用的首部。补充了资源内容更新时间等与实体有关的信息。

HTTP方法

GET：获取资源

GET方法用来请求访问已被URI识别的资源。指定的资源经服务器端解析后返回响应内容。
也就是说，如果请求的资源是文本，那就保持原样返回；如果是像CGI（Common Gateway Interface，通用网关接口）那样的程序，则返回经过执行后的输出结果。

POST：传输实体主体

POST方法用来传输实体的主体。
虽然用GET方法也可以传输实体的主体，但一般不用GET方法进行传输，而是用POST方法。虽说POST的功能与GET很相似，但POST的主要目的并不是获取响应的主体内容。

PUT：传输文件

PUT方法用来传输文件。就像FTP协议的文件上传一样，要求在请求报文的主体中包含文件内容，然后保存到请求URI指定的位置。
但是，鉴于HTTP/1.1的PUT方法自身不带验证机制，任何人都可以上传文件，存在安全性问题，因此一般的Web网站不使用该方法。若配合Web应用程序的验证机制，或架构设计采用REST（Representational State Transfer，表征状态转移）标准的同类Web网站，就可能会开放使用PUT方法。

HEAD：获得报文首部

HEAD方法和GET方法一样，只是不返回报文主体部分。用于确认URI的有效性及资源更新的日期时间等。

DELETE：删除文件

但是，HTTP/1.1的DELETE方法本身和PUT方法一样不带验证机制，所以一般的Web网站也不使用DELETE方法。当配合Web应用程序的验证机制，或遵守REST标准时还是有可能会开放使用的。

HTTP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。

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。

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。

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。

没有Cookie信息状态下的请求：
 
第2次以后（存有Cookie信息状态）的请求：

持久连接 
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。
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。

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 connectionreuse）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。

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。