一分钟预览 HTTP2 特性和抓包分析

2016/09/26 · JavaScript
· HTTP/2

原文出处: 段隆贤   

背景

近年来,http网络请求量日益添加,以下是httparchive统计,从2012-11-01到2016-09-01的请求数量和传输大小的趋势图:

图片 1

当前大部份客户端&服务端架构的应用程序,都是用http/1.1连接的,现代浏览器与单个域最大连接数,都在4-6个左右,由上图Total
Requests数据,如果不用CDN分流,平均有20个左右的串行请求。
HTTP2
是1999年发布http1.1后的一次重大的改进,在协议层面改善了以上问题,减少资源占用,来,直接感受一下差异:

HTTP/2 is the future of the Web, and it is
here!

这是 Akamai 公司建立的一个官方的演示,用以说明 HTTP/2 相比于之前的
HTTP/1.1 在性能上的大幅度提升。 同时请求 379 张图片,从Load time
的对比可以看出 HTTP/2 在速度上的优势。

图片 2

本文所有源码和抓包文件在github

背景

近年来,http网络请求量日益添加,以下是httparchive统计,从2012-11-01到2016-09-01的请求数量和传输大小的趋势图:

图片 3

 

当前大部份客户端&服务端架构的应用程序,都是用http/1.1连接的,现代浏览器与单个域最大连接数,都在4-6个左右,由上图Total
Requests数据,如果不用CDN分流,平均有20个左右的串行请求。
HTTP2
是1999年发布http1.1后的一次重大的改进,在协议层面改善了以上问题,减少资源占用,来,直接感受一下差异:

HTTP/2 is the future of the Web, and it is
here!

这是 Akamai 公司建立的一个官方的演示,用以说明 HTTP/2 相比于之前的
HTTP/1.1 在性能上的大幅度提升。 同时请求 379 张图片,从Load time
的对比可以看出 HTTP/2 在速度上的优势。

图片 4

 

本文所有源码和抓包文件在github

HTTP/2 源自 SPDY/2

SPDY 系列协议由谷歌开发,于 2009 年公开。它的设计目标是降低 50%
的页面加载时间。当下很多著名的互联网公司都在自己的网站或 APP 中采用了
SPDY 系列协议(当前最新版本是
SPDY/3.1),因为它对性能的提升是显而易见的。主流的浏览器(谷歌、火狐、Opera)也都早已经支持
SPDY,它已经成为了工业标准,HTTP Working-Group 最终决定以 SPDY/2
为基础,开发 HTTP/2。HTTP/2标准于2015年5月以RFC 7540正式发表。

但是,HTTP/2 跟 SPDY 仍有不同的地方,主要是以下两点:

HTTP/2 支持明文 HTTP 传输,而 SPDY 强制使用 HTTPS
HTTP/2 消息头的压缩算法采用 HPACK ,而非 SPDY 采用的 DEFLATE(感谢网友
逸风之狐指正)

协议文档请见:rfc7540:HTTP2

HTTP/2 源自 SPDY/2

SPDY 系列协议由谷歌开发,于 2009 年公开。它的设计目标是降低 50%
的页面加载时间。当下很多著名的互联网公司都在自己的网站或 APP 中采用了
SPDY 系列协议(当前最新版本是
SPDY/3.1),因为它对性能的提升是显而易见的。主流的浏览器(谷歌、火狐、Opera)也都早已经支持
SPDY,它已经成为了工业标准,HTTP Working-Group 最终决定以 SPDY/2
为基础,开发 HTTP/2。HTTP/2标准于2015年5月以RFC 7540正式发表。

但是,HTTP/2 跟 SPDY 仍有不同的地方,主要是以下两点:

HTTP/2 支持明文 HTTP 传输,而 SPDY 强制使用 HTTPS
HTTP/2 消息头的压缩算法采用 HPACK ,而非 SPDY 采用的 DEFLATE(感谢网友
逸风之狐指正)

协议文档请见:rfc7540:HTTP2

HTTP2特性概览

HTTP2特性概览

1. 二进制协议

HTTP/2 采用二进制格式传输数据,而非 HTTP/1.x 的文本格式

图片 5

由上图可以看到HTTP2在原来的应用层和HTTP层添加了一层二进制传输。

二进制协议的一个好处是,可以定义额外的帧。

HTTP/2
定义了近十种帧(详情可分析抓包文件),为将来的高级应用打好了基础。如果使用文本实现这种功能,解析数据将会变得非常麻烦,二进制解析则方便得多。
RFC7540:Frame
Definitions

图片 6
协议中定义的帧

1. 二进制协议

HTTP/2 采用二进制格式传输数据,而非 HTTP/1.x 的文本格式

图片 7

 

由上图可以看到HTTP2在原来的应用层和HTTP层添加了一层二进制传输。

二进制协议的一个好处是,可以定义额外的帧。

HTTP/2
定义了近十种帧(详情可分析抓包文件),为将来的高级应用打好了基础。如果使用文本实现这种功能,解析数据将会变得非常麻烦,二进制解析则方便得多。
RFC7540:Frame Definitions

图片 8

协议中定义的帧

2. 多路复用

HTTP/2
复用TCP连接,在一个连接里,客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应,而且不用按照顺序一一对应,这样就避免了”队头堵塞”(见TCP/IP详解卷一)。
每个 Frame Header 都有一个 Stream ID
就是被用于实现该特性。每次请求/响应使用不同的 Stream ID。就像同一个 TCP
链接上的数据包通过 IP: PORT 来区分出数据包去往哪里一样。
图片 9

rfc7540: HTTP2
Multiplexing
中对Multiplexing的说明

Streams and Multiplexing

   A "stream" is an independent, bidirectional sequence of frames
   exchanged between the client and server within an HTTP/2 connection.
   Streams have several important characteristics:

   o  A single HTTP/2 connection can contain multiple concurrently open
      streams, with either endpoint interleaving frames from multiple
      streams.

   o  Streams can be established and used unilaterally or shared by
      either the client or server.

   o  Streams can be closed by either endpoint.

   o  The order in which frames are sent on a stream is significant.
      Recipients process frames in the order they are received.  In
      particular, the order of HEADERS and DATA frames is semantically
      significant.

   o  Streams are identified by an integer.  Stream identifiers are
      assigned to streams by the endpoint initiating the stream.

2. 多路复用

HTTP/2
复用TCP连接,在一个连接里,客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应,而且不用按照顺序一一对应,这样就避免了”队头堵塞”(见TCP/IP详解卷一)。
每个 Frame Header 都有一个 Stream ID
就是被用于实现该特性。每次请求/响应使用不同的 Stream ID。就像同一个 TCP
链接上的数据包通过 IP: PORT 来区分出数据包去往哪里一样。

图片 10

rfc7540: HTTP2
Multiplexing
中对Multiplexing的说明

Streams and Multiplexing A “stream” is an independent, bidirectional
sequence of frames exchanged between the client and server within an
HTTP/2 connection. Streams have several important characteristics: o A
single HTTP/2 connection can contain multiple concurrently open streams,
with either endpoint interleaving frames from multiple streams. o
Streams can be established and used unilaterally or shared by either the
client or server. o Streams can be closed by either endpoint. o The
order in which frames are sent on a stream is significant. Recipients
process frames in the order they are received. In particular, the order
of HEADERS and DATA frames is semantically significant. o Streams are
identified by an integer. Stream identifiers are assigned to streams by
the endpoint initiating the stream.

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Streams and Multiplexing
 
   A "stream" is an independent, bidirectional sequence of frames
   exchanged between the client and server within an HTTP/2 connection.
   Streams have several important characteristics:
 
   o  A single HTTP/2 connection can contain multiple concurrently open
      streams, with either endpoint interleaving frames from multiple
      streams.
 
   o  Streams can be established and used unilaterally or shared by
      either the client or server.
 
   o  Streams can be closed by either endpoint.
 
   o  The order in which frames are sent on a stream is significant.
      Recipients process frames in the order they are received.  In
      particular, the order of HEADERS and DATA frames is semantically
      significant.
 
   o  Streams are identified by an integer.  Stream identifiers are
      assigned to streams by the endpoint initiating the stream.

3. 数据流

数据流发送到一半的时候,客户端和服务器都可以发送信号(RST_STREAM帧),取消这个数据流。1.1版取消数据流的唯一方法,就是关闭TCP连接。这就是说,HTTP/2
可以取消某一次请求,同时保证TCP连接还打开着,可以被其他请求使用。

3. 数据流

数据流发送到一半的时候,客户端和服务器都可以发送信号(RST_STREAM帧),取消这个数据流。1.1版取消数据流的唯一方法,就是关闭TCP连接。这就是说,HTTP/2
可以取消某一次请求,同时保证TCP连接还打开着,可以被其他请求使用。

4. 头信息压缩:

HTTP/2 对消息头采用
HPACK
进行压缩传输,能够节省消息头占用的网络的流量。而 HTTP/1.x
每次请求,都会携带大量冗余头信息,浪费了很多带宽资源。
HTTP2对http头建立索引表,相同的头只发送hash
table 的index, 同时还用了霍夫曼编码和传统的gzip压缩。

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