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[网络协议]http1 http2优缺点对比,以及开源项目iip

一、 http1的缺点,以及对应的http2的优化

1. http1是文本协议,“文本协议”的意思是其传输的数据流(包括header和body)必须先转换为ascii码的可见字符。为什么要这样呢?因为他是以\n换行符来进行数据分隔的。如果是传输带额数据是以原本的二进制内码的形式,则会和\n产生冲突,无法解析。而采用文本形式则势必需要对原数据进行文本化编码,比如url-encode,base64,等等,无论哪种编码,都会导致数据的体积增大。

http2是二进制协议,无需进行文本化编码,不会导致体积增大。

2. http1虽然支持body压缩,但不支持头部压缩(支持不了,本质上还是因为\n问题),而每一次“请求/响应”都必须有头部,这些头部有时候是不必要的(特别是像cookie和user-agent这种又臭又长又重复的头部字段),增大了数据体积。

http2只有在第一次请求的时候通过http1的头部字段upgrade来请求升级到http2协议,后续的请求响应全部以http2的二进制格式的帧进行传输,帧的精心设计,避免了如http1那样的头部信息冗余。而对应于http1的header信息,在http2的header帧中保留了一个伪首部的区域以供承载 ,且这个伪首部可以采用HPACK高效压缩。

3. http1是“单路的”,意思是一条底层的tcp连接上同一时刻只能跑一个请求或响应。比如说,有r1,r2,r3三个请求,在同一个连接上,必须依次串行执行,先发出r1,收到完整的响应后,再发出r2。。。这样的单路模式,对于高并发的后端服务器来说,带来几个问题:

操作内核短时间产生大量的tcp连接,可能触发资源上限,包括连接数的上限,和大量端口占用; tcp的连接的建立、断开分别需要连接双方进行3次、4次握手,这个过程是缓慢的。同时tcp连接关闭以后,需要经历一段时间(十几秒到几十秒)的静默期,在此期间端口是不能复用的,这是tcp协议设计的要求,为了保证可靠性; 在这两者的基础上,对上层业务带来的影响就是突发性的流量请求,或者说非持久连接型的应用类型,一方面会给服务器带来更大的负载,另一方面会显著的增加响应的时延。 http2是多路复用的,意思是一条tcp连接上可以同时跑多个请求和响应,也就是说r1,r2,r3可以同时发起,其原理是http2数据帧的格式里定义标识了不同的请求r1,r2,r3的字段。这样采用数据帧交替传输,实现逻辑上的并发。物理上当然还是串行执行的,但是他减少了tcp连接,从而大幅度降低了连接断开的延时,显著避免系统内核资源的上限,也降低了系统的负载。 值得一提的是由于多个请求在同一条tcp连接上传输,http2还在数据帧上设计了优先级字段,以使某些请求可以优先传输。同时还在数据帧上设计了流量控制字段。等等,可谓用心。

4. http1只能以请求响应的模式运行,http2基于请求响应,同时支持服务端主动推送(一个客户端请求,返回多个响应)。

二、http2的不足

1. http2是基于tcp协议的,tcp协议在设计之初并非是以现在优质、高带宽的网络基础设施基础上设计的,他充分考虑了数据的可靠性,显得小心谨慎,在传输速率的表现,也已经跟不上现时的网络基础设施。未来是否有更优化的网络层协议发展出来,可以拭目以待,包括像基于udp协议的QUIC协议。个人认为下层协议还是由os内核来实现比较好,QUIC协议实现在应用层而非操作系统的内核层,始终是一个软肋。

2. 大部分的http2实现和应用(包括浏览器和web服务器),事实上都必须基于TLS(SSL)安全套接层。对于一个承载互联网内容的基础协议来说,这样的安全考量是合理的,也是必须的。有利就有弊,TLS的握手和数据加密过程必然给通信及通信双方带来一些负担。这些负担和额外的耗费,对于一些内部应用,比如说后端的微服务之间,有时候并不是必须的,是可以简化的。

3. 由于现实世界已经基于http1建立起来,一些通讯链路上的基础设施,比如说http代理,暂不能支持http2,因此这会对http2的铺开造成阻碍,且这种阻碍可能是长期的过程。

4. 由于http2是二进制的,传输又是多路复用的,在不同帧的设计上考虑到了压缩、优先级控制、流量控制、服务端推送,这导致http2的协议可以说比较复杂了。因此在协议的实现、应用的调试上将显然会比简单明文的http1增加一些难度。简单和直观,对于人类来说,具有天生的亲和力。

三、鱼和熊掌可兼得否?

我研究http2的初心起源于我想实现一组用于后端系统内部、微服务之间的通信协议,及其对应的客户端和服务器。由于手上现有的系统都是基于http1,自然是想标准的http2是否能直接满足我的需求:规避http1那些缺点,以“不支持多路复用”尤甚(这种情况在突发的网络流量下弊端尤为明显)。http2是可以满足我的需求的,且其在安全性,功能细节考虑得更完善更先进。但是,正是由于这些优势,正式由于http2是作为互联网标准的基础协议的负担,其设计上带来的这种必然的复杂性,使得其在这种内部微服务间的确定性的应用场景中,并非最好的选择。于是,在这个场景中,基于简单,高效的原则,自行实现一个这样用于系统内部服务器节点间的应用通讯协议(IIP,Internal Interaction Protocol)的构想就产生了,该协议可作为RPC接口调用的底层协议,如同http2之于gRPC:

* 基于tcp独立实现。

* 不考虑服务端推送,这种需求场景通过建立两条对向的tcp连接来实现。

* 基于数据帧的“多路复用”,统一的帧格式, 依次由如下部分组成:

帧格式:

  • 1字节数据帧状态标识:
    • 0表示请求首帧,请求未完成
    • 1表示请求首帧,请求完成
    • 2表示请求后续帧,请求未完成
    • 3表示请求后续帧,请求完成;
    • 4表示响应首帧,响应未完成
    • 5表示响应首帧,响应完成
    • 6表示响应后续帧,响应未完成
    • 7表示响应后续帧,响应完成
    • 8关闭连接
  • 文本路径(只存在于请求首帧。与unix路径格式相同,类似于url的path,用于指明请求的路径,限制不能大于1024字节)
  • \0
  • 4字节channel识符(多路复用的流身份ID,无符号整数,请求方自增实现)
  • 4字节数据长度(限制一个帧的数据长度不能大于16MB)
  • 数据

* 对于协议的扩展性考虑,按分层的思想,可以在上层通过对数据字段进行进一步的协议定义来满足。本协议保持简单性,不提供额外的冗余扩展字段。

* 不考虑代理协议,这种需求场景可通过成熟的socks5透明代理来实现。

iip开源框架地址?https://github.com/truexf/iip

四、IIP架构

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加:2021-07-10 14:49:19  更:2021-07-10 14:50:39 
 
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