前言

各种协议的标准化推动着互联网的普及，我们每天都在用HTTP、Web，其历史发展是怎么的？接下来文章希望对HTTP的发展史有个比较清晰的认识。


超文本与万维网

这里首先解释两个词，超文本和万维网。

超文本：英文 Hypertext，是一种内容组织和展示的方式，它定义了一种非线性的文本浏览方式。“超”是一种超链接的方式可以从一个信息点跳转到另一个；而“文本”是包括文字、图片、音视频等元素。概念在20世纪二三十年代提出。

万维网：英文 World Wide Web（WWW），万维网一开始不叫这个名，而是叫Mesh，1989年，由当时在CERN工作的Tim Berners-Lee博士写的一篇文章，关于建立一个通过网络传输超文本系统的报告，被命名为Mesh，在1990年项目实施期间更名万维网。

万维网包括四个部分：

  • 表示超文本文档的文本格式，超文本标记语言（HTML）
  • 交换超文本文档的简单协议，超文本传输协议（HTTP）
  • 显示（及编辑）超文本文档的客户端，即网络浏览器
  • 一个服务器用于提供可访问的文档，httpd前身

1990年底完成四部分的构建。其中的超文本传输协议HTTP，早期比较简单，被称为HTTP/0.9，有时也叫单行（one-line）协议。


HTTP协议的发展

根据OSI或TCP/IP模型，HTTP是建立在TCP、IP协议之上的协议。

HTTP/0.9 - 单行协议

起初没有版本概念，为了和后续的内容分开，定义为0.9版本。这个版本非常简单。

其特点如下：

  • 请求由单行构成，后跟资源路径。如 GET /my.html
  • 唯一的请求方式：GET
  • 响应简单，仅包括HTML本身内容

请求响应如下：

// 请求
GET /my.html

// 响应
<html>
  这是一个 HTML 页面
</html>

HTTP/1.0 - 可扩展性

HTTP进一步发展，提高了HTTP的扩展性，此时定义为HTTP/1.0版本。1991-1995年处于实验尝试阶段，到了1996年，在RFC1945中定义了HTTP/1.0，描述了如何操作实践这些扩展。

其特点如下：

  • 在请求第一行最后增加协议版本，如HTTP/1.0
  • 响应时返回状态码，表示请求成功或失败；可以区分控制错误和业务错误了
  • 引入了HTTP 标头的概念，请求和响应都可以加，提供扩展性
  • 有了标头，不仅可以传输文本，还可以是其它类型文档，如图片；可以区分元数据和业务数据了
  • 默认情况下，使用的短连接模型

请求响应如下：

// 请求
GET /my.html HTTP/1.0
User-Agent：Mozilla/5.0

// 响应
200 OK
Date: Tue, 05 Dec 2023 15:14:47 GMT
Server: Google Frontend
Content-Type: text/html
<html>
  这是一个文档页面
</html>

HTTP/1.1 - 标准化

在HTTP/1.0版本，很多地方并没有标准版，出现很多不同的实现。

例如：
1、在HTTP/1.0里有个不足的点是默认每次请求/响应都会进行一次TCP连接建立，不过在HTTP/1.0在后期实现上，有的浏览器引入了Connection: Keep-Alive这个非标准的HTTP头实现一次TCP握手进行多次HTTP请求，以此实现长连接。但是有些代理服务器并不认识它。

支持HTTP/1.0长连接的服务器，也会返回Connection: Keep-Alive，具体长连接的时间由如响应头Keep-Alive: timeout=5, max=1000决定。

2、还有对状态码的定义，不同的浏览器和服务器使用和解释也有所不同。


基于此，于1997年初，HTTP/1.1版本标准化协议发布，RFC2068文档，和HTTP/1.0相距仅几个月。

最新文档22年6月份发出的
1、“HTTP Semantics”：RFC9110、
2、“HTTP/1.1”：RFC9112。

HTTP/1.1消除了很多歧义，并引入了多项改进，其特点包括：

  • 默认使用HTTP长连接，不需要指定Connection: Keep-Alive。明确Connection: close时才关闭使用长连接。
  • 增加管线化技术（pipeLining），允许在第一个请求未返回时发送第二个请求（不能在如POST等非幂等方法上使用pipeLining技术）
  • 支持响应分块，不需要返回Content-Length，客户端也不会断开连接，知道块传递完
  • 引入额外的缓存控制机制和内容协商机制
  • 支持Host标头，应对多个Host绑定到同一个IP的情况，根据ip可以知道访问哪个服务器

请求响应如下：

// 请求
GET /zh-CN/docs/Glossary/Simple_header HTTP/1.1
Host: developer.mozilla.org
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.9; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Referer: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Glossary/Simple_header

// 响应
200 OK
Connection: Keep-Alive
Content-Encoding: gzip
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Date: Wed, 06 Dec 2023 14:48:48 GMT
Etag: "547fa7e369ef56031dd3bff2ace9fc0832eb251a"
Keep-Alive: timeout=5, max=1000
Last-Modified: Wed, 06 Dec 2023 14:48:48 GMT
Server: Apache
Transfer-Encoding: chunked
Vary: Cookie, Accept-Encoding

(content)

这里解释下：管线化技术（pipeLining）和响应分块（chunked）

  • 管线化技术（pipeLining）：正常http是请求-应答模式，一个请求到一个结果回。有了管道化技术，客户端可以不用等上一个请求结果，紧接着发送下一个请求。但是服务端仍要按顺序处理请求和响应，客户端也要按请求顺序处理结果。那么如果服务器处理的慢，就会导致后续的请求阻塞，这便是“线头阻塞”（Head -of-Line Blocking）。可以通过新开tcp连接分开请求，但新开连接比较有限。
  • 响应分块（chunked）：它一种数据响应的编码格式。使用响应头Transfer-Encoding，可选值包括：chunked、compress、deflate、gzip、identity。可同时指定多个。使用chunked表示数据分块响应，此时不需要指定content-length，通过长连接完成所有块的响应。

这两种技术在HTTP/2不使用了，使用多路复用。


HTTP/1.x版本下的几种连接模型：
image-1701876107499

从左到右依次：

  • 短连接模型：HTTP/1.0默认行为；或 HTTP/1.1手动开启Connection: close
  • 长连接模型：HTTP/1.1默认行为；或 HTTP/1.0后期手动开启Connection: keep-alive
  • HTTP流水线：HTTP/1.1扩展，受制于必须顺序响应模式的队头阻塞（HOL），基本上浏览器不启用了，现在也已经被HTTP/2更好的算法取到。

HTTP/1.1稳定使用了超过15年。


基于HTTP的发展 - 插曲

HTTP发展期间，衍生了些扩展。

  • 1994年底，网景公司创建了一个额外的加密传输层：SSL，并推出HTTPS，通过加密保证服务器与客户端之间交换消息的真实性。最终1999年IETF将SSL标准化，形成TLS（传输层安全协议，Transport Layer Security），该协议于应用层与传输层协议之间。
  • 2000年，一种新的使用HTTP的模式被设计出来：具象状态传输（REST）。通过基本的HTTP方法访问特定的URI，来向客户端提供数据。
  • 2008年，出现WebSocket协议，2011年由IETF标准化，支持服务器浏览器双向传输。

HTTP/2 - 更优异表现

网页越来越复杂，同一个页面可能涉及很多资源需要加载，需要更多的HTTP请求被传输。如果仍用HTTP/1.1同一TCP连接请求需要顺序处理，性能让人堪忧。

在HTTP/2的特点如下：

  • HTTP/2使用的是二进制协议，不再是文本协议，提高数据传输效率。
  • 支持多路复用，并行的请求不再受顺序和阻塞的限制，多个请求在一个TCP连接即可完成。实现多路复用是将请求数据分“帧”传输，不同的帧所属不同的"流"，不同的流可以并行传输，流有编号对应着HTTP请求。
  • 请求头压缩。通过引入“标头表”缓存机制，来减少多个请求-响应中重复的标头字段，如User-Agent、Accetp等。降低了网络开销，提高了传输效率。

HTTP/2于2015年正式标准化，发布补充文档RFC9113，2022年1月达到顶峰，占所有网站的46.9%。

HTTP/2的普及情况参考>


扩展一下：
这里再提一下，HTTP/2通过多路复用解决了HTTP/1.1中的队头阻塞（同一个TCP中响应请求需要顺序响应，属于应用层的队头阻塞），如下图所示：
image-1702040929938

区别：
1、HTTP/1.1使用文本协议，HTTP/2使用二进制协议。
2、HTTP/2返回的数据前有帧，使用steamId区分数据，这样请求就不用按顺序响应了。

但是阻塞仍在，HTTP/2的阻塞，是TCP的队头阻塞。如下图所示，如果出现丢包会导致TCP后续的包存于TCP缓冲区，等待重试成功，再给到应用层。例如图中包2丢失，包3会被阻塞，这是TCP层的队头阻塞。但它出现的概率远小于HTTP/1.1的队头阻塞。
image-1702041972576

图片来源参考


HTTP/3 - 基于QUIC

HTTP/3版本在传输层不使用TCP，而是UDP协议，通过QUIC（快速UDP互联网连接，Quick UDP Internet Connections）基于UDP协议实现，可同时允许多个独立的流，并单独为这些流做包丢失检测和重传，如果发生错误，不会导致阻止其它流，多流场景提高了性能。

虽然是基于UDP（用户数据报协议），但其实现数据重传、流量控制、加密与安全等保障了可靠传输。
前HTTP/3定义在RFC9114，已被大多数浏览器多支持，至2022年底，网站使用率已达26%。

通过下图可以看出，TCP没有流信息，QUIC可按流重传：
image-1702043289258


通过下图，可以看到协议栈的不同：

图片来源参考


总结

从1990年的HTTP/0.9版本实现，到1996年HTTP/1.0版本，再到1997发布的HTTP/1.1版本，再到2015年推出的HTTP/2，最后到今天HTTP/3。30年的时间，HTTP一直在发展。不得不说HTTP和其它协议一起带动着互联网的普及，2000年互联网慢慢被大家所熟知，推动电商平台等兴起；到2010年，手机的普及，推动移动互联的普及。技术的标准化，对推动技术发展、增强兼容性和促进全球互联网的增加起到至关重要的作用。


参考阅读：

HTTP的发展
HTTP/2: the difference between HTTP/1.1, benefits and how to use it
HTTP的前世今生
HOL Bloking