Ein eingehender Blick auf den HTTP-Web-Stack: der Eckpfeiler der Internetkommunikation

HTTP (HyperText Transfer Protocol) spielt eine entscheidende Rolle bei unserer täglichen Nutzung des Internets. Ob beim Surfen im Internet, beim Herunterladen von Dateien oder beim Online-Einkauf, das HTTP-Protokoll unterstützt diese Vorgänge im Hintergrund. Heute werden wir uns mit dem HTTP-Netzwerkprotokollstapel befassen und seine Geheimnisse enträtseln.

Was ist der HTTP-Web-Stack?

Der HTTP-Netzwerkprotokollstapel ist die Gesamtheit der Protokolle und Technologien, auf die sich das HTTP-Protokoll bei der Internetkommunikation stützt. Er umfasst mehrere Schichten, von der Anwendungsschicht bis zur physikalischen Schicht, und jede Schicht hat ihre spezifische Funktion und Rolle. Nur durch das Zusammenwirken dieser Schichten kann das HTTP-Protokoll die Datenübertragung erfolgreich abschließen.

Hierarchische Struktur des HTTP-Stacks

Um den HTTP-Netzwerkprotokollstapel zu verstehen, müssen wir zunächst seine Hierarchie verstehen. In der Regel kann der HTTP-Stack in die folgenden Ebenen unterteilt werden:

1. die Anwendungsschicht

Die Anwendungsschicht ist die oberste Schicht des HTTP-Protokollstapels, die direkt mit dem Benutzer interagiert; das HTTP-Protokoll gehört zu dieser Schicht. Die Hauptfunktion der Anwendungsschicht besteht darin, dem Benutzer verschiedene Netzwerkdienste wie Webbrowsing und Dateiübertragung anzubieten.

2. die Transportschicht

Das HTTP-Protokoll verwendet in der Regel TCP (Transmission Control Protocol) als Transportschichtprotokoll. Das TCP-Protokoll stellt eine Verbindung über drei Handshakes her und sorgt dafür, dass die Pakete in der richtigen Reihenfolge beim Zielhost ankommen.

3. die Netzwerkebene

Die Hauptfunktion der Netzwerkschicht besteht darin, für die Weiterleitung von Paketen verantwortlich zu sein. Im HTTP-Stack verwendet die Netzwerkschicht in der Regel IP (Internet Protocol), um diese Funktion zu erfüllen: Das IP-Protokoll identifiziert die Hosts anhand ihrer IP-Adressen und leitet die Pakete gemäß einer Routing-Tabelle an die Zielhosts weiter.

4. die Datenübertragungsschicht

Die Datenverbindungsschicht ist für die Übertragung von Datenrahmen zwischen benachbarten Knoten zuständig. Im HTTP-Stack verwendet die Datenverbindungsschicht für diese Funktion in der Regel das Ethernet-Protokoll oder das Wireless-LAN-Protokoll. Die Datenverbindungsschicht identifiziert Netzwerkgeräte anhand ihrer MAC-Adressen und stellt sicher, dass die Datenrahmen über die physikalische Verbindung übertragen werden.

5. physikalische Schicht

Die physikalische Schicht ist die unterste Schicht des HTTP-Protokollstapels und ist für die eigentliche Datenübertragung zuständig. Im HTTP-Protokollstapel verwendet die physikalische Schicht in der Regel Lichtwellenleiter, Kabel oder Funkwellen für die Datenübertragung. Die physikalische Schicht sendet und empfängt Daten durch Kodierung und Dekodierung von Signalen.

Wie das HTTP-Protokoll funktioniert

Nachdem wir die Hierarchie des HTTP-Protokollstapels verstanden haben, wollen wir nun einen Blick darauf werfen, wie das HTTP-Protokoll funktioniert. Wenn Sie eine URL in Ihren Browser eingeben und die Eingabetaste drücken, durchläuft das HTTP-Protokoll die folgenden Schritte:

1. die DNS-Auflösung

Zunächst löst der Browser die URL über DNS (Domain Name System) in eine IP-Adresse auf. An diesem Prozess sind mehrere DNS-Server beteiligt, die rekursiv abgefragt werden, um die Ziel-IP-Adresse zu erhalten.

2. der Aufbau von TCP-Verbindungen

Nachdem der Browser die Ziel-IP-Adresse ermittelt hat, baut er über das TCP-Protokoll eine Verbindung mit dem Zielhost auf. Dieser Vorgang besteht aus drei Handshakes: Der Client sendet ein SYN-Paket, der Server antwortet mit einem SYN-ACK-Paket, der Client sendet ein weiteres ACK-Paket, und die Verbindung ist hergestellt.

3. das Senden von HTTP-Anfragen

Sobald die Verbindung hergestellt ist, sendet der Browser eine HTTP-Anfrage. Die Anforderung besteht aus einer Anforderungszeile, einer Anforderungsüberschrift und einem Anforderungskörper. Die Anforderungszeile enthält die Anforderungsmethode (z. B. GET, POST), die Anforderungs-URL und die HTTP-Version. Der Request-Header enthält einige zusätzliche Informationen, wie z. B. den User-Agent, den Typ des zu akzeptierenden Inhalts usw. Der Request Body enthält die eigentlichen Daten (z. B. Formulardaten).

4. eine HTTP-Antwort erhalten

Wenn der Server eine Anfrage erhält, verarbeitet er sie und gibt eine HTTP-Antwort zurück. Die Antwort besteht aus einer Statuszeile, einer Antwortkopfzeile und einem Antwortkörper. Die Statuszeile enthält die HTTP-Version, den Statuscode und die Statusbeschreibung. Der Response-Header enthält einige zusätzliche Informationen wie Inhaltstyp, Inhaltslänge usw. Der Antwortkörper enthält die eigentlichen Daten (z. B. den Inhalt der Webseite).

5. das Schließen von TCP-Verbindungen

Wenn die Datenübertragung abgeschlossen ist, schließen Browser und Server die Verbindung über das TCP-Protokoll. Dieser Vorgang besteht aus vier Wellen: Der Client sendet ein FIN-Paket, der Server antwortet mit einem ACK-Paket, ein weiteres FIN-Paket wird gesendet, der Client antwortet mit einem ACK-Paket, und die Verbindung wird geschlossen.

Verbesserungen an HTTP/2 und HTTP/3

Mit der Entwicklung des Internets hat sich auch das HTTP-Protokoll weiterentwickelt. Mit HTTP/2 und HTTP/3 wurden neue Funktionen und Verbesserungen zur Steigerung der Leistung und Sicherheit eingeführt.

HTTP/2

Mit HTTP/2 wurden Funktionen wie Multiplexing, Header-Komprimierung und Server-Push eingeführt. Durch Multiplexing können mehrere Anfragen und Antworten parallel über dieselbe TCP-Verbindung übertragen werden, wodurch der Overhead des Verbindungsaufbaus verringert wird. Die Header-Komprimierung reduziert die Größe der Anfrage- und Antwort-Header durch den HPACK-Algorithmus und verbessert so die Übertragungseffizienz. Server-Push ermöglicht es dem Server, Ressourcen proaktiv zu senden, bevor sie vom Client angefordert werden, wodurch die Latenzzeit verringert wird.

HTTP/3

HTTP/3 basiert auf dem QUIC-Protokoll, das UDP (User Datagram Protocol) für den Transport verwendet. Das QUIC-Protokoll verbessert die Leistung weiter, indem es die Verzögerung beim Verbindungsaufbau verringert und die Effizienz der Wiederherstellung bei Paketverlusten erhöht. HTTP/3 führt auch stärkere Sicherheitsfunktionen ein, wie die integrierte TLS-Verschlüsselung (Transport Layer Security). Layer Security) Verschlüsselung.

Schlussbemerkungen

Der HTTP-Netzprotokollstapel ist der Eckpfeiler der Internetkommunikation, der die zuverlässige Übertragung von Daten durch die Zusammenarbeit mehrerer Schichten ermöglicht. Wenn wir verstehen, wie der HTTP-Stack funktioniert, können wir nicht nur die Internet-Technologie besser verstehen, sondern auch die Netzwerkleistung in praktischen Anwendungen optimieren. Ich hoffe, dass dieser Artikel Sie dazu inspirieren kann, ein umfassenderes Verständnis des HTTP-Netzwerkprotokollstapels zu erlangen.