计算机网络基础：4.HTTP与HTTPS

一、回顾设定

想象你在经营一家繁忙的餐厅，顾客们通过点餐系统（网卡）下单，订单被前台（路由器）接收并分发到各个厨房区域（网络设备）。光猫像是食材供应商，通过高效的物流系统（光纤）将食材送到餐厅。厨房（交换机）处理多个订单，确保每道菜（数据包）都按顺序送达。

在这餐厅中，OSI七层模型就像是餐厅的运营流程：

• 物理层：餐厅的物理设施（如餐桌、椅子）传输原始比特流。
• 数据链路层：服务员将订单从顾客传递到厨房，确保数据在物理链路上的可靠传输。
• 网络层：前台接收订单并分发到正确的厨房区域。
• 传输层：厨房调度员确保每道菜按顺序送达。
• 会话层：预订系统管理顾客的预订和用餐时间。
• 表示层：菜单将食物以吸引人的方式展示（处理数据格式、加密和压缩）。
• 应用层：点餐应用直接接收顾客的订单。

TCP/IP模型简化了这个流程，将应用层、表示层和会话层合并为一个应用层，直接与用户交互。每个层次协议如HTTP、FTP、TCP、IP、Ethernet和Wi-Fi分别对应不同的餐厅操作。

IP地址就像餐桌编号，确保每个设备（桌子）都有一个唯一的编号，前台（网络层）根据IP地址将订单分发到正确的厨房区域，再由服务员（数据链路层）送到具体的餐桌。

DNS服务器则是餐厅中的"顾客座位对照表"，将顾客的名字（域名）转换为餐桌编号（IP地址），确保每个订单准确送达。不同类型的域名可以比作餐厅中的不同类型顾客名单，比如VIP名单、普通顾客名单等。

通过上述设定，我们可以更好地理解网络各个层次和设备的作用，以及它们如何协同工作以确保数据（订单）高效、安全地从源头（顾客）传输到目的地（目标设备）。详细介绍请看前两篇文章。

二、HTTP

1. HTTP定义： HTTP（HyperText Transfer Protocol）就像餐厅中顾客与服务员之间的通信语言。顾客使用这种语言下单，服务员通过这种语言将订单传递到厨房。

2. 工作原理： HTTP基于TCP/IP协议，类似于餐厅中前台（路由器）与厨房（交换机）之间的点餐和传菜系统。它是一个应用层协议，定义了顾客（客户端）和厨房（服务器）之间的请求和响应标准。

3. 请求和响应：

• 请求：顾客（客户端）发送的HTTP请求就像顾客向服务员下单，包含订单的各个部分。

  • 请求行 ：就像顾客的点单 ，包括点了什么菜（请求方法，如GET、POST）。

    • GET请求 就是顾客查看菜单上的菜品信息。这种请求是为了获取信息，不会改变餐厅的状态。
    • POST请求 就是顾客提交一个新的订单。这个请求会改变餐厅的状态，因为它代表了一个新的订单的提交。
    • 比如在HTML中常见的GET请求与POST请求的表单例子：

    <form method="GET" action="/search">
      <label for="query">Search:</label>
      <input type="text" id="query" name="query">
      <button type="submit">Submit</button>
    </form>

    <form method="POST" action="/order">
      <label for="item">Order Item:</label>
      <input type="text" id="item" name="item">
      <button type="submit">Submit</button>
    </form>

  • 请求头 ：类似于顾客的特殊要求（如无辣、少盐），包含额外信息（如User-Agent、Accept）。

  • 空行 ：表示请求头的结束。

  • 请求体 ：就像顾客详细的订单内容（如要多少份、特殊备注），特别是在POST请求中。

• 响应：厨房（服务器）返回给顾客的HTTP响应就像服务员上菜，包含上菜的各个部分。

  • 状态行 ：类似于服务员告诉顾客订单状态（如菜品正在准备、已上菜），包含状态码（如200成功、404未找到）。
  • 响应头 ：就像服务员提供的额外信息（如菜品的配料说明），包含服务器信息、内容类型等。
  • 空行：表示响应头的结束。
  • 响应体：实际的菜品内容（如网页、数据）。

4. HTTP方法： HTTP方法如GET、POST、PUT、DELETE等，就像不同类型的点单方式：

• GET：像顾客查看菜单（获取资源）。
• POST：像顾客提交订单（提交数据）。
• PUT：像顾客修改订单（更新资源）。
• DELETE：像顾客取消订单（删除资源）。

**5. 状态码：**服务器返回的状态码就像服务员告知顾客订单状态：

• 200：成功上菜。
• 404：菜品未找到（点单的菜品不存在）。
• 500：厨房出错（服务器错误）。

6. 安全性： HTTP协议本身不加密，类似于在公开场合大声点餐，容易被他人听到。HTTPS通过SSL/TLS协议对数据加密，就像服务员悄声传递订单，确保信息安全。

**7. 持久连接：**HTTP/1.1引入的持久连接，就像服务员在整个用餐过程中保持联系，而不是每次点菜都重新建立联系，减少了时间和沟通成本。

**8. HTTP/2：**HTTP/2是HTTP协议的升级版，支持头部压缩和多路复用，提高了传输效率，类似于服务员同时处理多个订单，提高了服务效率。

**9. 内容类型：**HTTP协议定义的内容类型如text/html、application/json等，类似于餐厅的菜单项，告诉顾客菜品的具体类型。

**10. 缓存：**HTTP协议支持缓存机制，类似于餐厅提前准备一些常点的菜品，减少等待时间，提高服务速度。

三、HTTPS

HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure）是HTTP的安全版。它在传统HTTP协议的基础上增加了SSL/TLS加密层，确保数据在传输过程中是加密的，保护用户隐私和数据安全。

HTTPS协议可以比作餐厅中的保密点餐服务。在这个服务中，顾客的点单信息通过加密的方式传递给服务员，确保其他顾客或不相关人员无法窃听或篡改信息。

1. 加密数据传输

在HTTPS协议中，数据传输是加密的，类似于顾客和服务员使用密语交流订单内容，确保只有顾客和服务员知道具体的点单信息。

• 数据加密：所有数据在传输前都会被加密，防止中途被窃听或篡改。就像顾客和服务员使用特定的密语，外人无法理解他们的对话。
• SSL/TLS：HTTPS使用SSL（Secure Sockets Layer）或TLS（Transport Layer Security）协议来加密数据。SSL/TLS是加密的实现方式，类似于顾客和服务员之间的密语系统。

2. 数据完整性

HTTPS确保数据在传输过程中不被篡改，就像服务员从厨房取菜到桌上的过程中，确保菜品不会被其他人动过。

• 消息摘要：HTTPS通过消息摘要（如SHA-256）来验证数据的完整性。这就像服务员在上菜前检查菜品是否完好无损。

3. 身份验证

HTTPS使用数字证书验证服务器身份，确保顾客与真正的餐厅（服务器）交流，而不是与冒牌餐厅（伪装的服务器）交流。

• 数字证书：HTTPS使用由可信的第三方（CA，证书颁发机构）颁发的数字证书来验证服务器身份，类似于顾客检查服务员的工牌或餐厅的营业执照，确保其真实性。

4. HTTPS 的工作流程

HTTPS的工作流程可以比作顾客和服务员之间的一次加密交流过程，从身份验证到加密交流，再到订单传递。

• 建立安全连接：顾客和服务员首先相互验证身份（使用数字证书），确保对方可信。
• 生成加密密钥：一旦身份验证通过，顾客和服务员会共同生成一个共享的加密密钥，用于接下来的交流。
• 加密通信：所有点单和上菜信息通过加密密钥进行加密传输，确保信息安全。

5. 代码示例

不妨写一个Python代码来观察HTTP与HTTPS的差异，这里以百度为例：

import requests
from requests.exceptions import SSLError

# URL using HTTP
http_url = "http://baidu.com"

# URL using HTTPS
https_url = "https://baidu.com"

def fetch_data(url):
    try:
        response = requests.get(url)
        return response.status_code, response.content
    except SSLError as e:
        return None, str(e)

def main():
    # Fetch data using HTTP
    http_status, http_content = fetch_data(http_url)
    print("HTTP Status Code:", http_status)
    print("HTTP Content (first 100 bytes):", http_content[:100])

    # Fetch data using HTTPS
    https_status, https_content = fetch_data(https_url)
    print("\nHTTPS Status Code:", https_status)
    print("HTTPS Content (first 100 bytes):", https_content[:100])

if __name__ == "__main__":
    main()

返回结果如下：

HTTP Status Code: 200
HTTP Content (first 100 bytes): b'<html>\n<meta http-equiv="refresh" content="0;url=http://www.baidu.com/">\n</html>\n'

HTTPS Status Code: 200
HTTPS Content (first 100 bytes): b'<!DOCTYPE html>\r\n<!--STATUS OK--><html> <head><meta http-equiv=content-type content=text/html;charse'

进程已结束,退出代码0

可以看到二者状态码都是200，表示均访问成功了。

同时，HTTP协议返回的内容在传输过程中是以明文形式发送的，任何中间人都可以读取到这些内容。而HTTPS协议返回的通过SSL/TLS协议进行了加密，这样就无法被中间人直接读取。