HTTP/2之连接建立
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前言

HTTP/2协议在TCP连接之初进行协商通信,只有协商成功,才会涉及到后续的请求-响应等具体的业务型数据交换。

HTTP版本标识符

h2,基于TLS之上构建的HTTP/2,作为ALPN的标识符,两个字节表示,0x68,0x32,即https

h2c,直接在TCP之上构建的HTTP/2,缺乏安全保证,即http

在HTTP/2 RFC文档出现之前,以上版本字段需要添加上草案版本号,类似于h2-11,h2c-17

HTTP/2 请求过程

针对直接建立在标准TCP之上HTTP2,在未知服务器是否提供HTTP/2支持之前,可以依赖现有HTTP/1.1进行试探。

# HTTP版本的请求内容

1. 客户端发起请求,只有请求报头:

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

2. 服务器若不支持HTTP/2,直接按照HTTP/1.1响应即可

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

3. 服务器支持HTTP/2,通知客户端一起切换到HTTP/2协议下吧

HTTP/1. 1 101 Switching Protocols
Connection: Upgrade
Upgrade: h2c

[ HTTP/2 connection . . .

4. 101响应空行之后,服务器必须发送的第一个帧为SETTINGS帧(其负载可能为空)作为连接序言

5. 客户端接收到101响应后,也必须发送一个序言作为响应,其逻辑结构:

PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n // 纯字符串表示,翻译成字节数为24个字节
SETTINGS帧                       // 其负载可能为空

服务器端和客户端所发送的连接序言有所不同。

6. 客户端可以马上发送请求帧或其它帧过去,不用等待来自服务器端的SETTINGS帧

7. 任一端接收到SETTINGS帧之后,都需要返回一个包含确认标志位SETTIGN作为确认

8. 其它帧的正常传输

HTTP/2的直接连接

客户端预先知道服务器提供HTTP/2支持,可以免去101协议切换的流程开销。 具体流程:

1. 客户端必须首先发送一个连接序言,其逻辑结构:

PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n // 纯字符串表示,翻译成字节数为24个字节
SETTINGS帧                       // 其负载可能为空

2. 发送完毕序言之后,客户端可以不用等待来自服务器端响应,马上发送HTTP/2其它帧

3. 服务器端接收到客户端的连接序言之后,需要发送一个SETTINGS帧作为连接序言

4. 任一端接收到SETTINGS帧之后,都需要返回一个包含确认标志位SETTIGN作为确认

5. 其它帧的正常传输

HTTPS版本建立连接

HTTP/2安全版本在TLS上构建,协商采用的ALPN扩展协议,采用“h2”作为协议标识符(http版本则是“h2c”)。一定程度上可认为不存在试探是否支持或直接连接的烦恼,因为这个过程直接在TLS层协商而成。

流程如下:

1. 客户端和服务器端TLS层协商

2. 客户端发送连接序言(同上表示,PRI + SETTINGS)

3. 接收到客户端连接序言之后,服务器端发送连接序言

4. 双方各自确认SETTINGS帧

5. 其它帧的正常传输

HTTPS和HTTP Upgrade方式协商

HTTPS协商是强制,封装在TLS之上ALPN扩展实现,HTTP只有非直接连接方式才会存在通过101 协议切换方式进行升级。

这里有一张图形象说明其流程。

统一的连接过程

这里不论是HTTP还是HTTPS,在两端成功协商之后(或HTTP的直接连接),其连接过程都是一样的

注意事项

1. 客户端发起的HTTP/1.1请求,其流标识符为1,默认优先级;半关闭“half closed”状态,一旦完成HTTP/2的连接,将被应用于响应

2. 文档提到的客户端可以通过HTTP Alternative Services(简称为[ALT-SVC],类似于CNAME机制)获得通知服务器是否支持HTTP/2,但目前看来仅仅是草案建议而已

3. 连接序言用于最后两端协商确认双方要使用HTTP/2协议,建立初始化的HTTP/2连接环境

4. 客户端若知服务器支持HTTP/2,可免去通过HTTP/1.1 101协议切换方式进行升级,在建立连接后即可发送序言,否则只能在接收到服务器端101响应后发送序言

5. 建立在TLS上的HTTP/2通过ALPN扩展协商机制取代101协议切换

6. 连接序言所包含的SETTINGS帧其负载可以为空

7. 针对一个TCP连接,服务器第一个要发送的帧必须是SETTINGS帧

8. 为了避免不必要延迟,客户端可以在发送完毕序言之后发送帧数据,不用等待来自服务器端的序言SETTINGS帧

9. 客户端接收到服务器端作为序言的SETTINGS帧,需要遵守其设定

10. 在一些环境下需要提供一个顺序机制,允许服务器在客户端发送业务帧之前发送SETTINGS,这需要客户端配合

11. 客户端和服务器端任何一方接收到无效连接序言需要抛出PROTOCOL_ERROR类型连接错误,若收到GOAWAY帧,可忽略

小结

HTTP/2连接的建立协商机制比HTTP/1.1稍微复杂了一些。

对比明文版的HTTP/1.1和HTTP/2完成一次请求-响应:

1. HTTP/1.1在建立建立之后,只需要发送请求报文数据

2. HTTP/2客户端需要在连接建立之初马上发送一个连接序言过去,然后才是正常请求

3. 两端(客户端+服务器端)的两次完整的连接序言+确认的交互流程,多了两次往返过程

在弱网络环境下,会不会加重网络负载,只能拭目一看了。


Reference:

http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2015/03/18/423570.html


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