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為了成為更好的前端，我開始在乎的那些事系列 第 25 篇

[Day 25] 網路常識 - (11) HTTP 的發展史 - 簡單易用的 HTTP 0.9 ~ 1.1

15th鐵人賽 http performance security frontend
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HTTP 發展史簡介

今天又是新的網路常識主題： HTTP，我會就我所知道的來介紹 HTTP 的發展史，主要介紹 HTTP 0.9 ~ HTTP 3.0 的時空背景，每個版本發展的原因，和其究竟帶來了什麼改變

從大方向來看，HTTP 主要經歷過了幾次大變更：

1. HTTP 0.9 ~ HTTP 1.1: 簡單易用的網路協定:
    - 主要是為了使 HTTP 協定能快速普及

2. HTTP 2.0: 改善應用層的效能:
    - 主要是改善 HTTP head of blocking 造成的效能問題，讓我們可以同時發送多個 HTTP request

3. HTTP 3.0: 改善傳輸層的效能:
    - 主要是改善 TCP head of blocking 造成的效能問題，讓我們可以快速切換不同的網路，而不會造成卡頓

 

以下是 HTTP 版本的簡介表格:

版本 引入年份 現在狀態
HTTP/0.9 1991 ❌ 棄用
HTTP/1.0 1996 ❌ 棄用
HTTP/1.1 1997 ✅ 標準
HTTP/2 2015 ✅ 標準
HTTP/3 2022 ✅ 標準
(資料來源： https://en.wikipedia.org/wiki/HTTP#History )

 

接者，今天會介紹 HTTP 0.9 ~ HTTP 1.1 的發展史

 

HTTP 0.9: 最簡單的單行協定 (One-Line protocol)

1989 年，「萬維網之父」Tim Berners-Lee 提出了 World Wide Web 的概念，，並在 1990 年開發了 HTTP 協議和 HTML 語言。萬維網的發明徹底改變了人們獲取信息的方式，使信息的傳播變得更加快速和便捷，並在 1991 年正式公佈 HTTP 0.9

此時 HTTP 的版本正是 0.9，只具有以下功能

$> telnet google.com 80

Connected to 74.125.xxx.xxx

GET /about/

(hypertext response)
(connection closed)

 

此時候能做的只有

  • Client 只能送出 GET method，跟要取得的路徑資源
  • Server 只能回傳 HTML response

沒有任何的 HTTP header

 

HTTP 1.0: 網路飛快成長的年代

HTTP/1.0 主要解決了網路飛快成長的年代，需要更多的功能面對不同的需求

 

從 1991 年到 1995 年是 HTML 規範的快速共同演化時期，一種被稱為「網頁瀏覽器」的新型軟體的出現，以及面向消費者的公共互聯網基礎設施的出現和快速增長

在此時，基於「萬維網之父」Tim Berner-Lee 的初始瀏覽器原型，國家超級計算應用中心（NCSA, National Center of Supercomputing Applications）的一個團隊決定實施他們自己的版本。於是，第一個流行的瀏覽器誕生了：NCSA Mosaic。NCSA 團隊的一位程序員 Marc Andreessen 與 Jim Clark 於 1994 年 10 月合作創立了 Mosaic Communications。該公司後來改名為 Netscape，並於 1994 年 12 月推出了 Netscape Navigator 1.0

隨著開始向大眾普及，以及各類需求飛增，很快暴露了 HTTP 0.9 的許多基本限制：我們需要一個功能更豐富的協定，不僅可以提供 HTML，還能提供有關請求和回應的更豐富的 metadata，實現內容協商等功能，並在 1996 年正式公佈 HTTP 1.0

此時 HTTP 1.0 的範本如下：

$> telnet website.org 80

Connected to xxx.xxx.xxx.xxx

GET /rfc/rfc1945.txt HTTP/1.0  (1)
User-Agent: CERN-LineMode/2.15 libwww/2.17b3
Accept: */*

HTTP/1.0 200 OK  (2)
Content-Type: text/plain (3)
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 01 Dec 1997 16:00:00 GMT (4)
Last-Modified: Wed, 1 May 1996 12:45:26 GMT (4)
Server: Apache 0.84

(plain-text response)
(connection closed)

 

此時，我們多了以下功能：

  • 更多的 HTTP method：POST, HEAD
  • 提供使用的 HTTP version (1)
  • 提供 response status (2)
  • 可以發送不同種類的內文，包括 HTML file, plain text file, image, 還有其他內文類型.
  • 多行的 HTTP content，包括：
    • Cache related (4)
    • Authorization
  • Connection: keep-alive 支持長連接，但非標準

已經算是具有非常多功能的協定了，還包含以下一些常用到的功能

 

Cache 部分:
HTTP 1.0 的緩存控制機制主要依靠 Last-Modified 和 Expires 這兩個 header 來控制資源的緩存

  • Last-Modified：表示資源的最後修改時間
  • Expires：表示資源的過期時間

主要是利用時間來控制 cache 的存取
(關於 HTTP cache 的部分，後面會再詳細介紹)

 

Authorization 權限設定部分:

Authorization: <username>:<password>

其中，username 表示用戶名，password 表示密碼，例如，以下是 HTTP 1.0 中 Authorization header 的示例：

Authorization: benson_chen:benson123456

HTTP 1.0 的 Authorization header 存在以下缺點：

  • 安全性不高：用戶名和密碼明文傳輸，容易被截獲
  • 不靈活：只能使用 Basic 方式進行授權

此時的 Authorization 功能還是算簡陋，也很容易被竊取，跟我們現在的使用情境還有一段距離

 

雖然已經有這麼豐富的功能，但是 HTTP 1.0 其實還不是個正式的網路標準協定（詳見 RFC 1945)

因此，制定 HTTP 協議相關的組織仍在致力於制定網路的標準協定，經過了 4 年的努力後，才誕生出了第一個標準的網路協定：HTTP 1.1

 

HTTP 1.1: 標準的網路協定

HTTP/1.1 主要制定了網路傳輸協定標準，且針對效能進行諸多改良

 

此標準於 1997 年 1 月正式發布，大約在 HTTP/1.0 發布後的六個月。然後，在 1999 年 6 月，大約兩年半後，一些改進和更新被納入標準，並作為 RFC 2616 發布

HTTP/1.1 標準解決了早期版本中發現的許多協議模糊性，擴展了許多既有功能，並引入了一些關鍵的性能優化：

  • 擴展 HTTP method PUT, DELETE, OPTIONS
  • 擴展 HTTP Authorization header，使密碼傳輸更加安全
  • 效能方面：
    • Keep-Alive connections
    • 擴展 caching 機制
    • 新增 request pipelining 機制

HTTP/1.1 的樣本如下：

$> telnet website.org 80
Connected to xxx.xxx.xxx.xxx

GET /index.html HTTP/1.1 
Host: website.org
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_7_4)... (snip)
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: en-US,en;q=0.8
Accept-Charset: ISO-8859-1,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: __qca=P0-800083390... (snip)

HTTP/1.1 200 OK 
Server: nginx/1.0.11
Connection: keep-alive
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Via: HTTP/1.1 GWA
Date: Wed, 25 Jul 2012 20:23:35 GMT
Expires: Wed, 25 Jul 2012 20:23:35 GMT
Cache-Control: max-age=0, no-cache
Transfer-Encoding: chunked

100 
<!doctype html>
(snip)

100
(snip)

0 

GET /favicon.ico HTTP/1.1 
Host: www.website.org
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_7_4)... (snip)
Accept: */*
Referer: http://website.org/
Connection: close 
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: en-US,en;q=0.8
Accept-Charset: ISO-8859-1,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: __qca=P0-800083390... (snip)

HTTP/1.1 200 OK 
Server: nginx/1.0.11
Content-Type: image/x-icon
Content-Length: 3638
Connection: close
Last-Modified: Thu, 19 Jul 2012 17:51:44 GMT
Cache-Control: max-age=315360000
Accept-Ranges: bytes
Via: HTTP/1.1 GWA
Date: Sat, 21 Jul 2012 21:35:22 GMT
Expires: Thu, 31 Dec 2037 23:55:55 GMT
Etag: W/PSA-GAu26oXbDi

(icon data)
(connection closed)

 

擴展的 Authorization 機制：

  • 增加了 Bearer 方式：Bearer 方式是 HTTP 1.1 中新增的一種授權方式，它使用令牌來代替用戶名和密碼。Bearer 方式更加安全和方便，因此在 HTTP 1.1 中被廣泛使用

  • 增加了 Digest 方式：Digest 方式是 HTTP 1.1 中新增的一種授權方式，它使用哈希算法來驗證用戶名和密碼。Digest 方式更加安全，因此在一些安全敏感的應用中被使用

  • 增加了 Authorization header 的格式校驗：HTTP 1.1 對 Authorization header 的格式進行了校驗，以防止錯誤的授權信息

具體來說，HTTP 1.1 中 Authorization header 的格式如下：

Authorization: <scheme> <credentials>

其中，scheme 表示授權方式，credentials 表示授權信息

 

擴展的 Caching 機制：

  • 增加了 Etag 頭部：Etag 頭部是資源的唯一標識符，可以用來代替 Last-Modified 頭部。Etag 頭部可以有效防止資源被誤判為過期。
  • 引入了 Cache-Control 頭部：Cache-Control 頭部可以用來指定資源的緩存策略，例如是否可以緩存、緩存的時間等。Cache-Control 頭部可以讓客戶端和服務器更加靈活地控制資源的緩存。
  • 引入了 Vary 頭部：Vary 頭部可以用來指定影響資源緩存的因素，例如客戶端的 IP 地址、Cookie 等。Vary 頭部可以防止資源被緩存到客戶端的本地，從而提高資源的安全性

 

TCP Keep-Alive

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231010/20148944qMKFN7tTwL.png
(圖片來源：https://www.youtube.com/watch?v=a-sBfyiXysI)

 

在之前提到的 TCP connection 中，每一次的建立 TCP 連結都需要經過三次握手的複雜過程，因此會大大增加 network request 所需要的時間，在 HTTP/1.1 中，每次的 request 已經都預設為讓 TCP Keep-Alive，使得下一次發送 request 時，不需要再重新建立一次 TCP connection，大大節省 network request 的時間

 

Request Pipelining

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231010/20148944APjdXJj7pt.png

允許同時發出多個 HTTP request，不用等待上一個 request 的 response

雖然理想很豐滿，但現實很骨感，實際上

  • 現實中 Pipelining 要正確地實現非常棘手，因為 proxy 很難正確的控制 pipelining
  • 雖然不用等待上一個 response，但 response 回傳一定要按順序，例如：
    • request 1, request 2, request 3
    • ✅ response 1, response 2, response 3
    • ❌ response 1, response 3, response 2

導致 Head of blocking 的問題產生，因此有了後續 HTTP/2.0 來進行優化，這部分明天繼續～

 

今天小結

  • 瞭解 HTTP 0.9 ~ HTTP 1.1 的主要功能是為了使網際網路快速普及，設計上簡單易用為目的
  • 瞭解 HTTP 0.9 只提供 Client GET method，和 Server 回傳 HTML response，只有最簡單的功能
  • 瞭解 HTTP 1.0 為了因應 Web browser 的誕生，和網路的快速發展，多了許多功能因應多樣需求，但還不是正式的網路傳輸標準協定
  • 瞭解 HTTP 1.1 完善了 HTTP 1.0 的功能，包括 Authorization, Caching 等，並做了諸多效能優化，包括 TCP Keep-Alive, Compressing, Pipelining，並且是正式的網路傳輸標準協定

 

參考資源


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    [Day 28] 網路常識 - (13) HTTP cache - 那些 browser 默默幫你做的請求優化
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    [Day 30] 網路常識 - (15) HTTPS - 我是誰？ 用 CA 憑證來表明自己
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