本章将针对 HTTP 协议结构进行讲解，主要使用HTTP/1.1版本。学完这章，想必大家就能理解 HTTP 协议的基础了。

一、HTTP协议用于客户端和服务器之间的通信

HTTP 协议和 TCP/IP 协议族内的其他众多的协议相同，用于客户端和服务器之间的通信。
请求访问文本或图像等资源的一端称为客户端，而提供资源响应的一端称为服务器端。

图：应用 HTTP 协议时，必定是一端担任客户端角色，另一端担任服务器端角色。
在两台计算机之间使用 HTTP 协议通信时，在一条通信线路上必定有一端是客户端，另一端则是服务器端。
有时候，按实际情况，两台计算机作为客户端和服务器端的角色有可能会互换。但就仅从一条通信路线来说，服务器端和客户端的角色是确定的，而用 HTTP 协议能够明确区分哪端是客户端，哪端是服务器端。

二、通过请求和响应的交换达成通信

图：请求必定由客户端发出，而服务器端回复响应
HTTP 协议规定，请求从客户端发出，最后服务器端响应该请求并返回。换句话说，肯定是先从客户端开始建立通信的，服务器端在没有接收到请求之前不会发送响应。
下面，我们来看一个具体的示例。

下面则是从客户端发送给某个 HTTP 服务器端的请求报文中的内容。

起始行开头的GET表示请求访问服务器的类型，称为方法（method）。随后的字符串 /index.htm 指明了请求访问的资源对象，也叫做请求 URI（request-URI）。最后的 HTTP/1.1，即 HTTP 的版本号，用来提示客户端使用的 HTTP 协议功能。
综合来看，这段请求内容的意思是：请求访问某台 HTTP 服务器上的/index.htm 页面资源。
请求报文是由请求方法、请求 URI、协议版本、可选的请求首部字段和内容实体构成的。

图：请求报文的构成
请求首部字段及内容实体稍后会作详细说明。接下来，我们继续讲解。接收到请求的服务器，会将请求内容的处理结果以响应的形式返回。

在起始行开头的 HTTP/1.1 表示服务器对应的 HTTP 版本。
紧挨着的 200 OK 表示请求的处理结果的状态码（status code）和原因短语（reason-phrase）。下一行显示了创建响应的日期时间，是首部
字段（header field）内的一个属性。
接着以一空行分隔，之后的内容称为资源实体的主体（entity body）。
响应报文基本上由协议版本、状态码（表示请求成功或失败的数字代码）、用以解释状态码的原因短语、可选的响应首部字段以及实体主体构成。稍后我们会对这些内容进行详细说明。

图：响应报文的构成

三、HTTP是不保存状态的协议

HTTP 是一种不保存状态，即无状态（stateless）协议。HTTP 协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。也就是说在 HTTP 这个级别，协议对于发送过的请求或响应都不做持久化处理。

图：HTTP 协议自身不具备保存之前发送过的请求或响应的功能
使用 HTTP 协议，每当有新的请求发送时，就会有对应的新响应产生。协议本身并不保留之前一切的请求或响应报文的信息。这是为了更快地处理大量事务，确保协议的可伸缩性，而特意把 HTTP 协议设计成如此简单的。
可是，随着 Web 的不断发展，因无状态而导致业务处理变得棘手的情况增多了。比如，用户登录到一家购物网站，即使他跳转到该站的其他页面后，也需要能继续保持登录状态。针对这个实例，网站为了能够掌握是谁送出的请求，需要保存用户的状态。
HTTP/1.1 虽然是无状态协议，但为了实现期望的保持状态功能，于是引入了 Cookie 技术。有了 Cookie 再用 HTTP 协议通信，就可以管理状态了。有关 Cookie 的详细内容稍后讲解。

四、请求URI定位资源

HTTP 协议使用 URI 定位互联网上的资源。正是因为 URI 的特定功能，在互联网上任意位置的资源都能访问到。

图：HTTP 协议使用 URI 让客户端定位到资源
当客户端请求访问资源而发送请求时，URI 需要将作为请求报文中的请求 URI 包含在内。指定请求 URI 的方式有很多。

图：以 http://hackr.jp/index.htm 作为请求的例子
除此之外，如果不是访问特定资源而是对服务器本身发起请求，可以用一个 * 来代替请求 URI。下面这个例子是查询 HTTP 服务器端支持的 HTTP 方法种类。

OPTIONS * HTTP/1.1

五、告知服务器意图的 HTTP 方法

下面，我们介绍 HTTP/1.1 中可使用的方法。

GET ：获取资源

GET 方法用来请求访问已被 URI 识别的资源。指定的资源经服务器端解析后返回响应内容。也就是说，如果请求的资源是文本，那就保持原样返回；如果是像 CGI（Common Gateway Interface，通用网关接口）那样的程序，则返回经过执行后的输出结果。

使用 GET 方法的请求·响应的例子

POST：传输实体主体

POST 方法用来传输实体的主体。
虽然用 GET 方法也可以传输实体的主体，但一般不用 GET 方法进行传输，而是用 POST 方法。虽说 POST 的功能与 GET 很相似，但POST 的主要目的并不是获取响应的主体内容。

使用 POST 方法的请求·响应的例子

PUT：传输文件

PUT 方法用来传输文件。就像 FTP 协议的文件上传一样，要求在请求报文的主体中包含文件内容，然后保存到请求 URI 指定的位置。
但是，鉴于 HTTP/1.1 的 PUT 方法自身不带验证机制，任何人都可以上传文件 , 存在安全性问题，因此一般的 Web 网站不使用该方法。若配合 Web 应用程序的验证机制，或架构设计采用REST（REpresentational State Transfer，表征状态转移）标准的同类Web 网站，就可能会开放使用 PUT 方法。

使用 PUT 方法的请求·响应的例子

HEAD：获得报文首部

HEAD 方法和 GET 方法一样，只是不返回报文主体部分。用于确认URI 的有效性及资源更新的日期时间等。

图：和 GET 一样，但不返回报文主体
使用 HEAD 方法的请求·响应的例子

DELETE：删除文件

DELETE 方法用来删除文件，是与 PUT 相反的方法。DELETE 方法按请求 URI 删除指定的资源。
但是，HTTP/1.1 的 DELETE 方法本身和 PUT 方法一样不带验证机制，所以一般的 Web 网站也不使用 DELETE 方法。当配合 Web 应用程序的验证机制，或遵守 REST 标准时还是有可能会开放使用的。

使用 DELETE 方法的请求·响应的例子

OPTIONS：询问支持的方法

OPTIONS 方法用来查询针对请求 URI 指定的资源支持的方法。

使用 OPTIONS 方法的请求·响应的例子

TRACE：追踪路径

TRACE 方法是让 Web 服务器端将之前的请求通信环回给客户端的方法。
发送请求时，在 Max-Forwards 首部字段中填入数值，每经过一个服务器端就将该数字减 1，当数值刚好减到 0 时，就停止继续传输，最后接收到请求的服务器端则返回状态码 200 OK 的响应。
客户端通过 TRACE 方法可以查询发送出去的请求是怎样被加工修改/ 篡改的。这是因为，请求想要连接到源目标服务器可能会通过代理中转，TRACE 方法就是用来确认连接过程中发生的一系列操作。
但是，TRACE 方法本来就不怎么常用，再加上它容易引发XST（Cross-Site Tracing，跨站追踪）攻击，通常就更不会用到了。

使用 TRACE 方法的请求·响应的例子

请求	TRACE / HTTP/1.1 Host: hackr.jp Max-Forwards: 2
响应	HTTP/1.1 200 OK Content-Type: message/http Content-Length: 1024 TRACE / HTTP/1.1 Host: hackr.jp Max-Forwards: 2（返回响应包含请求内容）

CONNECT：要求用隧道协议连接代理

CONNECT 方法要求在与代理服务器通信时建立隧道，实现用隧道协议进行 TCP 通信。主要使用 SSL（Secure Sockets Layer，安全套接
层）和 TLS（Transport Layer Security，传输层安全）协议把通信内容加密后经网络隧道传输。
CONNECT 方法的格式如下所示。

使用 CONNECT 方法的请求·响应的例子

六、使用方法下达命令

向请求 URI 指定的资源发送请求报文时，采用称为方法的命令。
方法的作用在于，可以指定请求的资源按期望产生某种行为。方法中有 GET、POST 和 HEAD 等。

下表列出了 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 支持的方法。另外，方法名区分大小写，注意要用大写字母。
表 2-1：HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 支持的方法

方法	说明	支持的 HTTP 协议版本
GET	获取资源	1.0、1.1
POST	传输实体主体	1.0、1.1
PUT	传输文件	1.0、1.1
HEAD	获得报文首部	1.0、1.1
DELETE	删除文件	1.0、1.1
OPTIONS	询问支持的方法	1.1
TRACE	追踪路径	1.1
CONNECT	要求用隧道协议连接代理	1.1
LINK	建立和资源之间的联系	1.0
UNLINE	断开连接关系	1.0

在这里列举的众多方法中，LINK 和 UNLINK 已被 HTTP/1.1 废弃，不再支持。

七、持久连接节省通信量

HTTP 协议的初始版本中，每进行一次 HTTP 通信就要断开一次 TCP连接。

以当年的通信情况来说，因为都是些容量很小的文本传输，所以即使这样也没有多大问题。可随着 HTTP 的普及，文档中包含大量图片的情况多了起来。
比如，使用浏览器浏览一个包含多张图片的 HTML页面时，在发送请求访问 HTML页面资源的同时，也会请求该 HTML页面里包含的其他资源。因此，每次的请求都会造成无谓的 TCP 连接建立和断开，增加通信量的开销。

1、持久连接

为解决上述 TCP 连接的问题，HTTP/1.1 和一部分的 HTTP/1.0 想出了持久连接（HTTP Persistent Connections，也称为 HTTP keep-alive 或HTTP connection reuse）的方法。持久连接的特点是，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。

图：持久连接旨在建立 1 次 TCP 连接后进行多次请求和响应的交互
持久连接的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销，减轻了服务器端的负载。另外，减少开销的那部分时间，使HTTP 请求和响应能够更早地结束，这样 Web 页面的显示速度也就相应提高了。
在 HTTP/1.1 中，所有的连接默认都是持久连接，但在 HTTP/1.0 内并未标准化。虽然有一部分服务器通过非标准的手段实现了持久连接，但服务器端不一定能够支持持久连接。毫无疑问，除了服务器端，客户端也需要支持持久连接。

2、管线化

持久连接使得多数请求以管线化（pipelining）方式发送成为可能。从前发送请求后需等待并收到响应，才能发送下一个请求。管线化技术出现后，不用等待响应亦可直接发送下一个请求。
这样就能够做到同时并行发送多个请求，而不需要一个接一个地等待响应了。

图：不等待响应，直接发送下一个请求
比如，当请求一个包含 10 张图片的 HTMLWeb 页面，与挨个连接相比，用持久连接可以让请求更快结束。而管线化技术则比持久连接还要快。请求数越多，时间差就越明显。

八、使用 Cookie 的状态管理

HTTP 是无状态协议，它不对之前发生过的请求和响应的状态进行管理。也就是说，无法根据之前的状态进行本次的请求处理。
假设要求登录认证的 Web 页面本身无法进行状态的管理（不记录已登录的状态），那么每次跳转新页面不是要再次登录，就是要在每次
请求报文中附加参数来管理登录状态。
不可否认，无状态协议当然也有它的优点。由于不必保存状态，自然可减少服务器的 CPU 及内存资源的消耗。从另一侧面来说，也正是因为 HTTP 协议本身是非常简单的，所以才会被应用在各种场景里。

图：如果让服务器管理全部客户端状态则会成为负担
保留无状态协议这个特征的同时又要解决类似的矛盾问题，于是引入了 Cookie 技术。Cookie 技术通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。
Cookie 会根据从服务器端发送的响应报文内的一个叫做 Set-Cookie 的首部字段信息，通知客户端保存 Cookie。当下次客户端再往该服务器
发送请求时，客户端会自动在请求报文中加入 Cookie 值后发送出去。
服务器端发现客户端发送过来的 Cookie 后，会去检查究竟是从哪一个客户端发来的连接请求，然后对比服务器上的记录，最后得到之前的状态信息。

• 没有Cookie信息状态下的请求
  
• 第二次以后（存在Cookie信息状态）的请求
  
  上图展示了发生 Cookie 交互的情景，HTTP 请求报文和响应报文的内容如下。
• 1. 请求报文（没有 Cookie 信息的状态）
     
• 2. 响应报文（服务器端生成 Cookie 信息）
     
• 3. 请求报文（自动发送保存着的 Cookie 信息）
     

有关请求报文和响应报文内 Cookie 对应的首部字段，请参考之后的章节。