Простым языком об HTTP

Вашему вниманию предлагается описание основных аспектов протокола HTTP — сетевого протокола, с начала 90-х и по сей день позволяющего вашему браузеру загружать веб-страницы. Данная статья написана для тех, кто только начинает работать с компьютерными сетями и заниматься разработкой сетевых приложений, и кому пока что сложно самостоятельно читать официальные спецификации.

HTTP — широко распространённый протокол передачи данных, изначально предназначенный для передачи гипертекстовых документов (то есть документов, которые могут содержать ссылки, позволяющие организовать переход к другим документам).

Аббревиатура HTTP расшифровывается как HyperText Transfer Protocol, «протокол передачи гипертекста». В соответствии со спецификацией OSI ^[1], HTTP является протоколом прикладного (верхнего, 7-го) уровня. Актуальная на данный момент версия протокола, HTTP 1.1, описана в спецификации RFC 2616 ^[2].

Протокол HTTP предполагает использование клиент-серверной структуры передачи данных. Клиентское приложение формирует запрос и отправляет его на сервер, после чего серверное программное обеспечение обрабатывает данный запрос, формирует ответ и передаёт его обратно клиенту. После этого клиентское приложение может продолжить отправлять другие запросы, которые будут обработаны аналогичным образом.

Задача, которая традиционно решается с помощью протокола HTTP — обмен данными между пользовательским приложением, осуществляющим доступ к веб-ресурсам (обычно это веб-браузер) и веб-сервером. На данный момент именно благодаря протоколу HTTP обеспечивается работа Всемирной паутины.

Также HTTP часто используется как протокол передачи информации для других протоколов прикладного уровня, таких как SOAP, XML-RPC и WebDAV. В таком случае говорят, что протокол HTTP используется как «транспорт».

API многих программных продуктов также подразумевает использование HTTP для передачи данных — сами данные при этом могут иметь любой формат, например, XML или JSON.

Как правило, передача данных по протоколу HTTP осуществляется через TCP/IP-соединения. Серверное программное обеспечение при этом обычно использует TCP-порт 80 (и, если порт не указан явно, то обычно клиентское программное обеспечение по умолчанию использует именно 80-й порт для открываемых HTTP-соединений), хотя может использовать и любой другой.

Как отправить HTTP-запрос?

Самый простой способ разобраться с протоколом HTTP — это попробовать обратиться к какому-нибудь веб-ресурсу вручную. Представьте, что вы браузер, и у вас есть пользователь, который очень хочет прочитать статьи Анатолия Ализара.

Предположим, что он ввёл в адресной строке следующее:

http://alizar.habrahabr.ru/

Соответственно вам, как веб-браузеру, теперь необходимо подключиться к веб-серверу по адресу alizar.habrahabr.ru.

Для этого вы можете воспользоваться любой подходящей утилитой командной строки. Например, telnet:

telnet alizar.habrahabr.ru 80

Сразу уточню, что если вы вдруг передумаете, то нажмите Ctrl + «]», и затем ввод — это позволит вам закрыть HTTP-соединение. Помимо telnet можете попробовать nc (или ncat) — по вкусу.

После того, как вы подключитесь к серверу, нужно отправить HTTP-запрос. Это, кстати, очень легко — HTTP-запросы могут состоять всего из двух строчек.

Для того, чтобы сформировать HTTP-запрос, необходимо составить стартовую строку, а также задать по крайней мере один заголовок — это заголовок Host, который является обязательным, и должен присутствовать в каждом запросе. Дело в том, что преобразование доменного имени в IP-адрес осуществляется на стороне клиента, и, соответственно, когда вы открываете TCP-соединение, то удалённый сервер не обладает никакой информацией о том, какой именно адрес использовался для соединения: это мог быть, например, адрес alizar.habrahabr.ru, habrahabr.ru или m.habrahabr.ru — и во всех этих случаях ответ может отличаться. Однако фактически сетевое соединение во всех случаях открывается с узлом 212.24.43.44, и даже если первоначально при открытии соединения был задан не этот IP-адрес, а какое-либо доменное имя, то сервер об этом никак не информируется — и именно поэтому этот адрес необходимо передать в заголовке Host.

Стартовая (начальная) строка запроса для HTTP 1.1 составляется по следующей схеме:

Метод ^[3] URI ^[4] HTTP/Версия ^[5]

Например (такая стартовая строка может указывать на то, что запрашивается главная страница сайта):

GET / HTTP/1.1

Метод (в англоязычной тематической литературе используется слово method, а также иногда слово verb — «глагол») представляет собой последовательность из любых символов, кроме управляющих и разделителей, и определяет операцию, которую нужно осуществить с указанным ресурсом. Спецификация HTTP 1.1 не ограничивает количество разных методов, которые могут быть использованы, однако в целях соответствия общим стандартам и сохранения совместимости с максимально широким спектром программного обеспечения как правило используются лишь некоторые, наиболее стандартные методы, смысл которых однозначно раскрыт в спецификации протокола.

URI (Uniform Resource Identifier, унифицированный идентификатор ресурса) — путь до конкретного ресурса (например, документа), над которым необходимо осуществить операцию (например, в случае использования метода GET подразумевается получение ресурса). Некоторые запросы могут не относиться к какому-либо ресурсу, в этом случае вместо URI в стартовую строку может быть добавлена звёздочка (астериск, символ «*»). Например, это может быть запрос, который относится к самому веб-серверу, а не какому-либо конкретному ресурсу. В этом случае стартовая строка может выглядеть так:

OPTIONS * HTTP/1.1

Версия определяет, в соответствии с какой версией стандарта HTTP составлен запрос. Указывается как два числа, разделённых точкой (например 1.1).

Для того, чтобы обратиться к веб-странице по определённому адресу (в данном случае путь к ресурсу — это «/»), нам следует отправить следующий запрос:

GET / HTTP/1.1
Host: alizar.habrahabr.ru

При этом учитывайте, что после объявления последнего заголовка необходимо добавить два переноса строки.

Как прочитать ответ?

Стартовая строка ответа имеет следующую структуру:

HTTP/Версия ^[6] Код состояния ^[7] Пояснение ^[8]

Версия протокола здесь задаётся так же, как в запросе.

Код состояния (Status Code) — три цифры (первая из которых указывает на класс состояния), которые определяют результат совершения запроса. Например, в случае, если был использован метод GET, и сервер предоставляет ресурс с указанным идентификатором, то такое состояние задаётся с помощью кода 200. Если сервер сообщает о том, что такого ресурса не существует — 404. Если сервер сообщает о том, что не может предоставить доступ к данному ресурсу по причине отсутствия необходимых привилегий у клиента, то используется код 403. Спецификация HTTP 1.1 определяет 40 различных кодов HTTP, а также допускается расширение протокола и использование дополнительных кодов состояний.

Пояснение к коду состояния (Reason Phrase) — текстовое (но не включающее символы CR и LF) пояснение к коду ответа, предназначено для упрощения чтения ответа человеком. Пояснение может не учитываться клиентским программным обеспечением, а также может отличаться от стандартного в некоторых реализациях серверного ПО.

После стартовой строки следуют заголовки, а также тело ответа. Например:

HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.2.1
Date: Sat, 08 Mar 2014 22:53:46 GMT
Content-Type: application/octet-stream
Content-Length: 7
Last-Modified: Sat, 08 Mar 2014 22:53:30 GMT
Connection: keep-alive
Accept-Ranges: bytes

Wisdom

Тело ответа следует через два переноса строки после последнего заголовка. Для определения окончания тела ответа используется значение заголовка Content-Length (в данном случае ответ содержит 7 восьмеричных байтов: слово «Wisdom» и символ переноса строки).

Но вот по тому запросу, который мы составили ранее, веб-сервер вернёт ответ не с кодом 200, а с кодом 302. Таким образом он сообщает клиенту о том, что обращаться к данному ресурсу на данный момент нужно по другому адресу.

Смотрите сами:

HTTP/1.1 302 Moved Temporarily
Server: nginx
Date: Sat, 08 Mar 2014 22:29:53 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 154
Connection: keep-alive
Keep-Alive: timeout=25
Location: http://habrahabr.ru/users/alizar/

<html>
<head><title>302 Found</title></head>
<body bgcolor="white">
<center><h1>302 Found</h1></center>
<hr><center>nginx</center>
</body>
</html>

В заголовке Location передан новый адрес. Теперь URI (идентификатор ресурса) изменился на /users/alizar/, а обращаться нужно на этот раз к серверу по адресу habrahabr.ru (впрочем, в данном случае это тот же самый сервер), и его же указывать в заголовке Host.

То есть:

GET /users/alizar/ HTTP/1.1
Host: habrahabr.ru

В ответ на этот запрос веб-сервер Хабрахабра уже выдаст ответ с кодом 200 и достаточно большой документ в формате HTML.

Если вы уже успели вжиться в роль, то можете теперь прочитать полученный от сервера HTML-код, взять карандаш и блокнот, и нарисовать профайл Ализара — в принципе, именно этим бы на вашем месте браузер бы сейчас и занялся.

А что с безопасностью?

Сам по себе протокол HTTP не предполагает использование шифрования для передачи информации. Тем не менее, для HTTP есть распространённое расширение, которое реализует упаковку передаваемых данных в криптографический протокол SSL или TLS.

Название этого расширения — HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure). Для HTTPS-соединений обычно используется TCP-порт 443. HTTPS широко используется для защиты информации от перехвата, а также, как правило, обеспечивает защиту от атак вида man-in-the-middle — в том случае, если сертификат проверяется на клиенте, и при этом приватный ключ сертификата не был скомпрометирован, пользователь не подтверждал использование неподписанного сертификата, и на компьютере пользователя не были внедрены сертификаты центра сертификации злоумышленника.

На данный момент HTTPS поддерживается всеми популярными веб-браузерами.

А есть дополнительные возможности?

Протокол HTTP предполагает достаточно большое количество возможностей для расширения. В частности, спецификация HTTP 1.1 предполагает возможность использования заголовка Upgrade для переключения на обмен данными по другому протоколу. Запрос с таким заголовком отправляется клиентом. Если серверу требуется произвести переход на обмен данными по другому протоколу, то он может вернуть клиенту ответ со статусом «426 Upgrade Required», и в этом случае клиент может отправить новый запрос, уже с заголовком Upgrade.

Такая возможность используется, в частности, для организации обмена данными по протоколу WebSocket (протокол, описанный в спецификации RFC 6455 ^[9], позволяющий обеим сторонам передавать данные в нужный момент, без отправки дополнительных HTTP-запросов): стандартное «рукопожатие» (handshake) сводится к отправке HTTP-запроса с заголовком Upgrade, имеющим значение «websocket», на который сервер возвращает ответ с состоянием «101 Switching Protocols», и далее любая сторона может начать передавать данные уже по протоколу WebSocket.

Что-то ещё, кстати, используют?

На данный момент существуют и другие протоколы, предназначенные для передачи веб-содержимого. В частности, протокол SPDY (произносится как английское слово speedy, не является аббревиатурой) является модификацией протокола HTTP, целью которого является уменьшить задержки при загрузке веб-страниц, а также обеспечить дополнительную безопасность.

Увеличение скорости обеспечивается посредством сжатия, приоритезации и мультиплексирования дополнительных ресурсов, необходимых для веб-страницы, чтобы все данные можно было передать в рамках одного соединения.

Опубликованный в ноябре 2012 года черновик спецификации протокола HTTP 2.0 (следующая версия протокола HTTP после версии 1.1, окончательная спецификация для которой была опубликована в 1999) базируется на спецификации протокола SPDY.

Многие архитектурные решения, используемые в протоколе SPDY, а также в других предложенных реализациях, которые рабочая группа httpbis рассматривала в ходе подготовки черновика спецификации HTTP 2.0, уже ранее были получены в ходе разработки протокола HTTP-NG, однако работы над протоколом HTTP-NG были прекращены в 1998.

На данный момент поддержка протокола SPDY есть в браузерах Firefox, Chromium/Chrome, Opera, Internet Exporer и Amazon Silk.

И что, всё?

В общем-то, да. Можно было бы описать конкретные методы и заголовки, но фактически эти знания нужны скорее в том случае, если вы пишете что-то конкретное (например, веб-сервер, или какое-то клиентское программное обеспечение, которое связывается с серверами через HTTP), и для базового понимания принципа работы протокола не требуются. К тому же, всё это вы можете очень легко найти через Google — эта информация есть и в спецификациях, и в Википедии, и много где ещё.

Впрочем, если вы знаете английский и хотите углубиться в изучение не только самого HTTP, но и используемых для передачи пакетов TCP/IP, то рекомендую прочитать вот эту ^[10] статью.

Ну и, конечно, не забывайте, что любая технология становится намного проще и понятнее тогда, когда вы фактически начинаете ей пользоваться.

Удачи и плодотворного обучения!

Автор: MaGIc2laNTern

Источник ^[11]