HTTP协议详解

一、网络分层

网络上的计算机之所以可以互相通信，是因为它们之间都遵守互相都可以“认识”的互联网协议（就如同人交流一样，两个人能够交流，互相必须知道对象的语言），互联网上的计算机互相通信又归根于网络中层与层之间的通信，OSI模型把网络通信分成七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，对于开发网络应用人员来说，一般把网络分成五层，这样比较容易理解。这五层为：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层（最顶层），下面是一张网络分层的图片（来源于网络）

二、各层的协议

网络中的计算机互相通信就是实现了层与层之间的通信，要实现层与层之间的通信，则各层都要遵守规则，这样才能完成更好的通信， 我们就把它们之间遵守的规则就叫个“协议”，然而网络上的五层之间遵守的协议不一样，每层都有各自的协议。下面就由下至上的讲述每层的协议

2.1 物理层协议

物理层是五层模型中的最底层，物理层为计算机之间的数据通信提供了传输媒体和互连设备，为数据传输提供了可靠的环境，媒体包括电缆、光纤、无线信道等，互连设备指是计算机和调制解调器之间的互连设备，如各种插头、插座等。该层的作用是透明的传输比特流（即二进制流），为数据链路层提供一个传输原始比特流的物理连接

2.2 数据链路层

数据链路层是模型中的第2层，该层对接受到物理层传输过来的比特流进行分组，一组电信号构成的数据包，就叫做"帧"，数据链链路层就是来传输以"帧"为单位的数据包，把数据传递给上一层（网络层），帧数据由两部分组成：帧头和帧数据，帧头包括接受方物理地址（就是网卡的地址）和其他的网络信息，帧数据就是要传输的数据体。数据帧的最长为1500字节，如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。

2.3 网络层

该层通过寻址（寻址地址）来建立两个节点之间的连接，大家都知道我们的电脑连接上网络后都一个IP地址，我们可以通过IP地址来确定不同的计算机是否在同一个子网路。如果我们的电脑连接上网络后就有两种地址：物理地址和网络地址（IP地址），网络上的计算机要通信，必须要知道通信的计算机“在哪里”， 首先通过网络地址来判断是否处于同一个子网络，然后再对物理地址（MAC）地址进行处理，从而准确确定要通信计算机的位置。

在网络层中有我们熟悉的IP协议（即规定网络地址的协议），目前广泛采用的是IP协议第四版（IPv4）,这个版本规定，网络地址由32位二进制位组成。我们可以自己配置IP地址也可以自动获得的方式得到IP地址，Ip地址分成两部分，前24位代表网络，后8位代表主机号， 如192.168.254.1和192.168.254.2就处于同一个子网络里，因为这两个IP地址的前24位相同。

网络层中以IP数据包的形式来传递数据，IP数据包也包括两部分：头（Head）和数据(Data)，IP数据包放进数据帧中的数据部分进行传输。

2.4 传输层

通过MAC和IP地址，我们可以找到互联网上任意两台主机来建立通信。然而这里有一个问题，找到主机后，主机上有很多程序都需要用到网络，比如说你在一边听歌和好用QQ聊天， 当网络上发送来一个数据包时， 是怎么知道它是表示聊天的内容还是歌曲的内容的， 这时候就需要一个参数来表示这个数据包是发送给那个程序（进程）来使用的，这个参数我们就叫做端口号，主机上用端口号来标识不同的程序（进程），端口是0到65535之间的一个整数，0到1023的端口被系统占用，用户只能选择大于1023的端口。

传输层的功能就是建立端口到端口的通信，网络层就是建立主机与主机的通信，这样如果我们确定了主机和端口，这样就可以实现程序之间的通信了。我们所说的Socket编程就是通过代码来实现传输层之间的通信。因为初始化Socket类对象要指定IP地址和端口号。

在传输层有两个非常重要的协议：UDP 协议和TCP协议

采用UDP协议话传输的就是UDP数据包，同样UDP数据包也由头和数据两部分组成，头部分主要标识了发送端口和接受端口，数据部分就是具体的内容信息。同样UDP数据包是放入IP数据包中的"数据"部分，IP数据包再放入数据帧中在网络上传输。

由于UDP协议的可靠性差（数据发送后无法确定对方是否收到），所以又定义了一个可靠性高的协议——TCP协议，TCP协议采取了握手的方式要确保对方收到了数据。

2.5 应用层

应用层是模型中的最顶层，是用户与网络的接口，该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求。该层的数据放在TCP数据包的数据部分，该层定义了一个很重要的协议——Http协议，我们一般的Web开发都是基于应用层的开发， 所以后面专题将会和大家介绍下Http协议。理解Http协议可以帮助我们理解Asp.net的请求响应模型以及帮助我们自定义发出请求和自定义服务器。

三、总结

现在通过一个简单的访问网页的例子来说明网络中的通信。

当我们在浏览器中输入www.baidu.com时，这意味着浏览器要向百度发送一个网页数据包，要发送数据包，需要知道对方的IP地址，这里我们只知道网址为www.baidu.com,却不知道IP地址，此时应用层协议DNS协议会帮我们把网址解析为IP地址，此时会发送一个DNS数据包给DNS服务器，DNS服务器再做出响应来告诉我们百度的IP地址为220.181.111.147，这样我们就知道百度（我们需要通信的主机）的IP地址。

应用层：

浏览网页采用的是HTTP 协议，HTTP数据包会嵌入在TCP数据包中，此时我们发送的HTTP数据包内容为：

1. GEThttp://www.baidu.com/HTTP/1.1
2. Accept:application/x-ms-application,image/jpeg,application/xaml+xml,image/gif,image/pjpeg,application/x-ms-xbap,application/vnd.ms-excel,application/vnd.ms-powerpoint,application/msword,*/*
3. Accept-Language:en-US
4. User-Agent:Mozilla/4.0(compatible;MSIE7.0;WindowsNT6.1;WOW64;Trident/5.0;SLCC2;.NETCLR2.0.50727;.NETCLR3.5.30729;.NETCLR3.0.30729;MediaCenterPC6.0;.NET4.0C;.NET4.0E;Zune4.7;InfoPath.3;MS-RTCLM8)
5. Accept-Encoding:gzip,deflate,peerdist
6. Proxy-Connection:Keep-Alive
7. Host:www.baidu.com
8. Cookie:BDSFRCVID=H1K_JgC2l434o0a3SlYrhIyDwFLxPM7C3J;H_BDCLCKID_SF=tJAt_C8htDv5HTuRj63D5JcH-UnLqMkDWaOZ0h8-aI-5MbAx-jb6hhFXM-r80nblBTbT2C3nthF0HPonHj8Bej5L3J;BAIDUID=C0E879D1A40237E70E9FA559D40EE0AC:FG=1;BDUT=w5n3C0E879D1A40237E70E9FA559D40EE0AC13914a661370;BDUSS=FEQVdNdjllMTYyYlRxY3ZZbW1hM2htemdqZFVJcWRLWmFBaEtqd1FoTDNXeE5SQUFBQUFBJCQAAAAAAAAAAAoqyysAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAADEwLjI2LjE5Ny43NwAAAADAxFInAAAAAPcNJlD3DSZQYV;BDRCVFR[eYjbPwSqvSs]=2g3v5sBI-NCpv4EILPoXi4WUvY;Hm_lvt_9f14aaa038bbba8b12ec2a4a3e51d254=1344671219756;Hm_lpvt_9f14aaa038bbba8b12ec2a4a3e51d254=1344671219756
9. X-P2P-PeerDist:Version=1.0

传输层：

TCP数据包需要设置端口，接收方（百度）的Http端口默认是80，本机的端口是一个1024-65535之间的随机整数，这里假设为1025，这样TCP数据包由标头（标识着发方和接收方的端口信息）+HTTP数据包，这样TCP数据包再嵌入IP数据包中在网络上传送

网络层：

IP数据包需要知道双方的IP地址，本机IP地址假定为192.168.1.5，接受方IP地址为220.181.111.147（百度），这样IP数据包由头部（IP地址信息）+TCP数据包，

数据链路层：

IP数据包嵌入到数据帧（以太网数据包）中，以太网数据包需要知道双方的MAC（物理地址），发送方为本机的网卡地址，接受方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP地址解析协议得到的）。这样数据帧由头部（MAC地址）+IP数据包组成。

经过多个网关的转发到百度服务器220.181.111.147，服务器接受到发送过来的以太网数据包，然后再从以太网数据包中提取IP数据包——>TCP数据包——>HTTP数据包，最后服务器做出"HTTP响应"，再用TCP协议发回给客户端（浏览器），浏览器同样的过程读取到HTTP响应的内容（HTTP响应数据包），然后浏览器对接受到的HTML页面进行解析，把网页显示出来呈现给用户，这样就完成了一次网络通信了。

我们在用Asp.net技术开发Web应用程序后，当用户在浏览器输入一个网址时就是再向服务器发送一个HTTP请求，此时就使用了应用层的HTTP协议，在上一个专题我们简单介绍了网络协议的知识，主要是为了后面讲HTTP协议做一个铺垫的，只有对HTTP协议有一个清楚的认识，这样当我们用Asp.net技术开发Web应用程序时，我们可以多从网络协议的方面去思考我们的应用程序，而不是只是单单停留在对服务器控件的拖拉的使用，这样也可以帮助我们开发一个自己的自定义web服务器。

在这里我想同时把我对Asp.net的本质的理解和大家分享下，如果有什么不对的地方，还请大家指出，首先，当我们设计一个算法的时候要明确输入参数和算法的返回（算法也就是也就是一个处理程序），其实Asp.net开发的web网页可以理解为一个处理程序，因为我们在web浏览器中所看到的都是HTML文档（HTML也就是Asp.net网页处理后程序的输出,即算法的返回），然而输入参数也就是用户通过浏览器输入的一个Http请求（可以说是请求的一个URI地址），asp.net这门技术就帮助我们把请求的aspx页面翻译为HTML文档，然后HTML文档通过HTTP协议把HTML文档发送给浏览器，浏览器再把这么标签（HTML文档只是一串字符串，如果没有浏览器的解析我们看到的也是一些字符串，而不是可视化的界面了）解析为可视化的界面。这样一次web请求也就结束。后面也会和大家分享下Asp.net中背后替我们所做事情的一些对象，这里还是回到Http协议的介绍吧。

一、HTTP协议的简介

HTTP中文为超文本传输协议，从名字上很容易理解，Http协议就是将超文本标记语言的文档（即Html文档）从web服务传送到客户端的浏览器。它属于一个应用层的协议。

二、网络的工作过程

当用户要访问网络中的某个网页时，大致要经过以下几个步骤：

1.用户首先要确定网页文件所在的URL（统一资源定位符，也就是网页在网络上的家庭住址，通过这个地址就可以找到这个网页）如www.cnblogs.com

2.浏览器向DNS(域名服务器)发出请求，告诉DNS说："我要把www.cnblogs.com转化为它所定义的IP地址",这里可以简单把DNS理解为一个字典，知道域名就可以知道域名对于的IP地址，他们有这个一个映射的关系

3.DNS收到请求后就开始查询，查到后向浏览器返回结果。如域名为www.cnblogs.com对应的IP地址为61.155.169.116

4.知道IP地址后， 浏览器向IP地址为61.155.169.116的主机发出与端口号80建议一条TCP连接请求（HTTP协议是建立在传输层TCP的基础上的），80端口是服务器提供web服务的默认端口

5.建立连接后，浏览器发出一条HTTP请求，如 GET http://www.cnblogs.com/ HTTP/1.1

6.当域名为www.cnblogs.com的服务器接受到请求后，向浏览器发送一个html文件

7.文件发送完后，由服务器主动关闭TCP连接。

8.浏览器接收传送来的页面并显示

9.如果Html文件中包含图片，还要与服务器再次建立一个TCP连接，以便可以下载图片

上面介绍的步骤中，浏览器发出一个请求后，如何把一个服务器上的HTML文档下载到请求网页的主机上呢？ 这个过程就是由HTTP完成，即完成超文本文件的传送，HTTP协议是web服务器的基础。

二、HTTP请求

Http请求由三部分组成：请求行、请求头和请求数据，一个HTTP请求的格式一般如下：

请求方法 URL HTTP版本号 请求头信息 <一个空行> 请求数据

HTTP请求的方法如下表：

经常使用的是Get和Post方法，当使用Get方法发出请求时，请求数据为空，所以此时的HTTP请求行就由两部分组成：请求行和请求头信息，下面我们形象看看具体的HttP的实例：

当在浏览器中地址栏里面输入：www.cnblogs.com，此时我们相当于发出一个HTTP请求，具体为：

并且从图中可以看出网页中含有图片脚本等文件时，客户端会继续与服务器发出请求，请求所需要的图片和脚本文件。

补充：经一位朋友的留言中，在这里我补充下，现在通常是只建立一个TCP连接，通过HTPP 请求头的Connetion字段来指明，当服务器收到附带有Connection: Keep-Alive的请求时，它也会在响应头中添加一个同样的字段来使用Keep-Alive。这样一来，客户端和服务器之间的HTTP连接就会被保持，不会断开，（一些特殊情况除外）当客户端发送另外一个请求时，就使用这条已经建立的连接。

下面介绍下请求头的信息：

Accept:表示客户端接收的数据类型。例如，Accept：text/html表示客户端可接收HTML类型的文本

User Agent:表示客户端软件类型

Referer:表示的是上一连接的url，如跳转到本页面的上一页面url。

上图是一个通过Get方法把一个HTML文件下载到本例浏览器中显示的过程，当我们在博客园主页面点登陆后输入用户名和密码后点确认按钮后，此时我们发出的HTTP的请求是通过Post方法，下面是一个截图：

从图中可以看出， 通过Post方法发出的HTTP请求中有一个空行（空行后为请求数据），而Get方法发出的请求中没有。

三、HTTP响应

同样，Http响应也是由三部分组成：状态行，响应头和响应数据组成，Http响应格式如下：

状态行 响应头 <一个空行> 响应数据

状态行以HTTP版本号开始，后面跟着3为数字，代表响应代码，响应代码用来告诉客户端,服务器是否产生了预期的响应。如HTTP/1.1200 OK.

HTTP/1.1中定义五种响应代码：

1xx：指示信息--表示请求已接收，继续处理

2xx：成功--表示请求已被成功接收、理解、接受

3xx：重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作

4xx：客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现

5xx：服务器端错误--服务器未能实现合法的请求

具体响应代码的说明见下：

HTTP响应头用于服务器向客户端提供请求文档信息或服务端的状态信息，如图

四、总结

到这里这篇文章也算是说完了，HTTP协议只是应用层中协议的其中之一，应用层还有其他的一些协议，比如FTP（文件传输协议），SMTP(电子邮件协议)等，这些协议在后面都会有所介绍。后面一个专题打算应用HTTP协议的只是自定义一个简单的Web服务器来模拟我们平常在浏览器中输入网址后发送Http请求和服务器返回响应的过程。