聶永的博客

前言

HTTP/2協(xié)議在TCP連接之初進(jìn)行協(xié)商通信，只有協(xié)商成功，才會(huì)涉及到后續(xù)的請(qǐng)求-響應(yīng)等具體的業(yè)務(wù)型數(shù)據(jù)交換。

HTTP版本標(biāo)識(shí)符

• h2，基于TLS之上構(gòu)建的HTTP/2，作為ALPN的標(biāo)識(shí)符，兩個(gè)字節(jié)表示，0x68, 0x32，即https
• h2c，直接在TCP之上構(gòu)建的HTTP/2，缺乏安全保證，即http
• 在HTTP/2 RFC文檔出現(xiàn)之前，以上版本字段需要添加上草案版本號(hào)，類(lèi)似于h2-11,h2c-17

HTTP/2 請(qǐng)求過(guò)程

針對(duì)直接建立在標(biāo)準(zhǔn)TCP之上HTTP2，在未知服務(wù)器是否提供HTTP/2支持之前，可以依賴現(xiàn)有HTTP/1.1進(jìn)行試探。

HTTP版本的請(qǐng)求內(nèi)容

1. 客戶端發(fā)起請(qǐng)求，只有請(qǐng)求報(bào)頭：

   GET / HTTP/1. 1
   Host: server. example. com
   Connection: Upgrade, HTTP2-Settings
   Upgrade: h2c
   HTTP2-Settings: <base64url encoding of HTTP/2 SETTINGS payload>
   

2. 服務(wù)器若不支持HTTP/2，直接按照HTTP/1.1響應(yīng)即可

   HTTP/1. 1 200 OK
   Content-Length: 243
   Content-Type: text/html
   . . .
   

3. 服務(wù)器支持HTTP/2，通知客戶端一起切換到HTTP/2協(xié)議下吧

   HTTP/1. 1 101 Switching Protocols
   Connection: Upgrade
   Upgrade: h2c
   
   [ HTTP/2 connection . . .
   

4. 101響應(yīng)空行之后，服務(wù)器必須發(fā)送的第一個(gè)幀為SETTINGS幀（其負(fù)載可能為空）作為連接序言
5. 客戶端接收到101響應(yīng)后，也必須發(fā)送一個(gè)序言作為響應(yīng)，其邏輯結(jié)構(gòu)：

   PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n // 純字符串表示，翻譯成字節(jié)數(shù)為24個(gè)字節(jié)
   SETTINGS幀                       // 其負(fù)載可能為空
   

   服務(wù)器端和客戶端所發(fā)送的連接序言有所不同。
6. 客戶端可以馬上發(fā)送請(qǐng)求幀或其它幀過(guò)去，不用等待來(lái)自服務(wù)器端的SETTINGS幀
7. 任一端接收到SETTINGS幀之后，都需要返回一個(gè)包含確認(rèn)標(biāo)志位SETTIGN作為確認(rèn)
8. 其它幀的正常傳輸

HTTP/2的直接連接

客戶端預(yù)先知道服務(wù)器提供HTTP/2支持，可以免去101協(xié)議切換的流程開(kāi)銷(xiāo)。 具體流程：

1. 客戶端必須首先發(fā)送一個(gè)連接序言，其邏輯結(jié)構(gòu)：

   PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n // 純字符串表示，翻譯成字節(jié)數(shù)為24個(gè)字節(jié)
   SETTINGS幀                       // 其負(fù)載可能為空
   

2. 發(fā)送完畢序言之后，客戶端可以不用等待來(lái)自服務(wù)器端響應(yīng)，馬上發(fā)送HTTP/2其它幀
3. 服務(wù)器端接收到客戶端的連接序言之后，需要發(fā)送一個(gè)SETTINGS幀作為連接序言
4. 任一端接收到SETTINGS幀之后，都需要返回一個(gè)包含確認(rèn)標(biāo)志位SETTIGN作為確認(rèn)
5. 其它幀的正常傳輸

HTTPS版本建立連接

HTTP/2安全版本在TLS上構(gòu)建，協(xié)商采用的ALPN擴(kuò)展協(xié)議，采用“h2”作為協(xié)議標(biāo)識(shí)符（http版本則是“h2c”）。一定程度上可認(rèn)為不存在試探是否支持或直接連接的煩惱，因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程直接在TLS層協(xié)商而成。

流程如下：

1. 客戶端和服務(wù)器端TLS層協(xié)商
2. 客戶端發(fā)送連接序言（同上表示，PRI + SETTINGS）
3. 接收到客戶端連接序言之后，服務(wù)器端發(fā)送連接序言
4. 雙方各自確認(rèn)SETTINGS幀
5. 其它幀的正常傳輸

HTTPS和HTTP Upgrade方式協(xié)商

HTTPS協(xié)商是強(qiáng)制，封裝在TLS之上ALPN擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，HTTP只有非直接連接方式才會(huì)存在通過(guò)101 協(xié)議切換方式進(jìn)行升級(jí)。

這里有一張圖形象說(shuō)明其流程。

統(tǒng)一的連接過(guò)程

這里不論是HTTP還是HTTPS，在兩端成功協(xié)商之后（或HTTP的直接連接），其連接過(guò)程都是一樣的

注意事項(xiàng)

1. 客戶端發(fā)起的HTTP/1.1請(qǐng)求，其流標(biāo)識(shí)符為1，默認(rèn)優(yōu)先級(jí)；半關(guān)閉“half closed”狀態(tài)，一旦完成HTTP/2的連接，將被應(yīng)用于響應(yīng)
2. 文檔提到的客戶端可以通過(guò)HTTP Alternative Services（簡(jiǎn)稱(chēng)為[ALT-SVC]，類(lèi)似于CNAME機(jī)制）獲得通知服務(wù)器是否支持HTTP/2，但目前看來(lái)僅僅是草案建議而已
3. 連接序言用于最后兩端協(xié)商確認(rèn)雙方要使用HTTP/2協(xié)議，建立初始化的HTTP/2連接環(huán)境
4. 客戶端若知服務(wù)器支持HTTP/2，可免去通過(guò)HTTP/1.1 101協(xié)議切換方式進(jìn)行升級(jí)，在建立連接后即可發(fā)送序言，否則只能在接收到服務(wù)器端101響應(yīng)后發(fā)送序言
5. 建立在TLS上的HTTP/2通過(guò)ALPN擴(kuò)展協(xié)商機(jī)制取代101協(xié)議切換
6. 連接序言所包含的SETTINGS幀其負(fù)載可以為空
7. 針對(duì)一個(gè)TCP連接，服務(wù)器第一個(gè)要發(fā)送的幀必須是SETTINGS幀
8. 為了避免不必要延遲，客戶端可以在發(fā)送完畢序言之后發(fā)送幀數(shù)據(jù)，不用等待來(lái)自服務(wù)器端的序言SETTINGS幀
9. 客戶端接收到服務(wù)器端作為序言的SETTINGS幀，需要遵守其設(shè)定
10. 在一些環(huán)境下需要提供一個(gè)順序機(jī)制，允許服務(wù)器在客戶端發(fā)送業(yè)務(wù)幀之前發(fā)送SETTINGS，這需要客戶端配合
11. 客戶端和服務(wù)器端任何一方接收到無(wú)效連接序言需要拋出PROTOCOL_ERROR類(lèi)型連接錯(cuò)誤，若收到GOAWAY幀，可忽略

小結(jié)

HTTP/2連接的建立協(xié)商機(jī)制比HTTP/1.1稍微復(fù)雜了一些。

對(duì)比明文版的HTTP/1.1和HTTP/2完成一次請(qǐng)求-響應(yīng)：

1. HTTP/1.1在建立建立之后，只需要發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文數(shù)據(jù)
2. HTTP/2客戶端需要在連接建立之初馬上發(fā)送一個(gè)連接序言過(guò)去，然后才是正常請(qǐng)求
3. 兩端（客戶端+服務(wù)器端）的兩次完整的連接序言+確認(rèn)的交互流程，多了兩次往返過(guò)程

在弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，會(huì)不會(huì)加重網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，只能拭目一看了。

引用

1. 《Implementing HTTP/2 client in 60 minutes》