HTTP/2
HTTP/2 提供了 HTTP语义传输的优化，更加高效的支持所有的HTTP的核心特性。其依旧运行在 TCP 之上，是一个面向连接的应用层协议。
HTTP/1.0 只允许一个TCP连接同一时间就一个请求正在发送。HTTP/1.1 添加了请求流水线，但是仅仅解决了并发问题，没有解决应用层的 队头阻塞问题。因此 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1 通过并发连接服务器来解决并发请求的问题。
另一方面，HTTP 的字段常常 重复而冗长，造成不必要的网络开销，还会造成TCP拥塞窗口快速填满。
HTTP/2 是对 HTTP 的改进，可以更加高效的使用网络资源，通过：
- 字段（Header）压缩
- 同一个连接上多并发交换
- 给请求加上优先级来让主要的请求先发送
- 也可以使用二进制frame来让消息的处理更加的高效
但是，HTTP/2 没有解决 head-of-line blocking 的问题。
本文会用到如下术语：
-
endpoint 相关：
-
client：初始化
HTTP/2连接的 endpoint -
server：接收
HTTP/2连接的 endpoint -
endpoint：连接的 客户端或者服务端
-
peer：一个endpoint。在讨论特殊的endpoint时，peer指当前讨论对象的远端endpoint
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receiver：接收frame的endpoint
-
sender：发送frame的endpoint
-
-
传输相关：
-
frame：
HTTP/2连接的上最小的通信单元，由一个header和一个可变长度的二进制数据组成 -
connection：两个endpoint组件的传输层连接
-
stream：一个
HTTP/2连接上双向frame流 -
connection error：一个会影响整个
HTTP/2连接的错误 -
stream error：独立的
HTTP/2stream 的错误
-
1. 连接初始化
H2 有两个版本定义：
- h2：HTTP/2 over TLS
- h2c：在TCP上支持的h2协议。这个从未被大规模部署并且已经被废弃了。
H2 使用了和 H1 相同的 URI Scheme，服务端是否支持 H2 就需要额外的手段。
- h2：使用 ALPN (extension [TLS-ALPN])[https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7301] 进行协议协商
- h2c：使用
Upgrade: h2c
当然，如果你知道服务端就是支持H2，你也可以直接用而不协商。
无论哪种方式协商，都需要发送一个连接前言：0x505249202a20485454502f322e300d0a0d0a534d0d0a0d0a，它其实是字符串 PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n 的十六进制。 非H2的服务端是不理解PRI 这个方法的，所以会报错。
一旦 H2 连接建立了，endpoint可以开始交换frame了。
2. frame
2.1. 统一格式
frame的格式如下：
HTTP Frame {
Length (24),
Type (8),
Flags (8),
Reserved (1),
Stream Identifier (31), // 前9个字节是固定的
Frame Payload (..), // 负载是可变长度的
}
- Length：负载的长度。如果值大于 2^24 则使用
SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE来指定 - Type：frame的类型。后面介绍。对于未知类型，实现时必须忽略
- Flags：给特定的frame Type 指定语义
- Stream Indentifier：stream 的标识。 0x00 是保留的标识，表示整个连接。
2.2. frame类型
DATA：用来传输可变长短的数据
格式为：
DATA Frame {
Length (24),
Type (8) = 0x00,
Unused Flags (4),
PADDED Flag (1), // 是否携带PADDED
Unused Flags (2),
END_STREAM Flag (1), // 是否为当前流的最后一个frame。
// 如果是stream会进入 half-closed 或者 closed 状态
Reserved (1),
Stream Identifier (31),
[Pad Length (8)], // 可选的，如果 PADDED Flag 设置了才出现
Data (..),
Padding (..2040), // 可选的，为了掩盖真实长度
}
HEADERS：用来打开一个stream
格式为：
HEADERS Frame {
Length (24),
Type (8) = 0x01,
Unused Flags (2),
PRIORITY Flag (1),
Unused Flag (1),
PADDED Flag (1),
END_HEADERS Flag (1), // 如果睡着了表明当前frame包括完整的 字段块
// 后续没有 CONTINUATION frame
Unused Flag (1),
END_STREAM Flag (1),
Reserved (1),
Stream Identifier (31),
[Pad Length (8)],
[Exclusive (1)], // 优先级设置被忽略
[Stream Dependency (31)], // PRIORITY 被设置才出现
[Weight (8)], // PRIORITY 被设置才出现
Field Block Fragment (..),
Padding (..2040),
}
Header 可以通过压缩，解决HTTP中 Header 重复和冗长的问题。压缩使用的是 HPACK算法，单独的放在 RFC7541 中。简单描述为：
- 通过映射的方式，缩短需要传输的内容大小：HPACK有协议级别的静态表，也有连Stream级别的动态表。发生时将内容替换为表中的ID，接收时再反解
- 通过编码的方式，压缩要传输的内容。用的是Huffman编码。
编码逻辑偏向于实现细节，本文不展开细讲。
RST_STREAM：允许快速将流终止
格式为：
RST_STREAM Frame {
Length (24) = 0x04,
Type (8) = 0x03,
Unused Flags (8),
Reserved (1),
Stream Identifier (31),
Error Code (32),
}
当接收方收到这个frame后，必须不能再发额外的frame了
当发送方发送了这个frame后，发送方需要继续接收发送方早先发送的frame
SETTINGS：用来发送关于Connection的配置，也当做收到配置的ACK
SETTINGS frame 可以在连接开始阶段，也可以在中间阶段发送；所有的SETTINGS是串行的，某项的值使用最后出现的值。
格式为：
SETTINGS Frame {
Length (24),
Type (8) = 0x04,
Unused Flags (7),
ACK Flag (1), // 如果被设置了，表示收到SETTINGS frame，不应该包括setting内容
Reserved (1),
Stream Identifier (31) = 0,
Setting (48) ...,
}
Setting {
Identifier (16),
Value (32),
}
SETTINGS frame的 Setting 包括：
- SETTINGS_HEADER_TABLE_SIZE：动态压缩包的大小。默认4096
- SETTINGS_ENABLE_PUSH：是否开始push。默认1。客户端发送
- SETTINGS_MAX_CONCURRENT_STREAMS：发送者允许的最大的并发frame数量
- SETTINGS_INITIAL_WINDOW_SIZE：发送者stream级别的流控的初始化窗口大小。默认2^16-1
- SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE：frame最大的载荷
- SETTINGS_MAX_HEADER_LIST_SIZE：接收方准备接受的最大的field节（未压缩）
接收方需要按顺序的处理SETTINGS frame。所有的frame都处理完后必须马上发送回复消息。
如果发送方在一定时间内没有收到回复消息，可能会认为是 SETTINGS_TIMEOUT类型的连接错误。
PUSH_PROMISE：说明后续推送的承诺 格式为：
PUSH_PROMISE Frame {
Length (24),
Type (8) = 0x05,
Unused Flags (4),
PADDED Flag (1),
END_HEADERS Flag (1),
Unused Flags (2),
Reserved (1),
Stream Identifier (31),
[Pad Length (8)],
Reserved (1),
Promised Stream ID (31), // 后续推送使用的Stream ID
Field Block Fragment (..), // 包括请求控制数据和header节
Padding (..2040),
}
PUSH_PROMISE 必须只能在 peer 初始化后， open 或者 远端 half-open 状态下发送。仅保留Stream ID 供后续使用。
接收方可以发送 RST_STREAM 来拒绝。
还有更多细节，但是因为是试验性的功能，略过。
PING：用来计算最小 round-trip time 格式为：
PING Frame {
Length (24) = 0x08,
Type (8) = 0x06,
Unused Flags (7),
ACK Flag (1), // PING 请求还是响应
Reserved (1),
Stream Identifier (31) = 0, // 连接级别的
Opaque Data (64),
}
GOAWAY：用来初始化连接的关闭
PRIORITY：被废弃了