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原标题:HTTP/2 头部压缩技术介绍

浏览次数:169 时间:2019-11-08

HTTP/2 尾部压缩技巧介绍

2015/11/03 · HTML5 · HTTP/2

原稿出处: imququ(@屈光宇)   

大家精晓,HTTP/2 公约由几个 哈弗FC 组成:叁个是 RFC 7540,描述了 HTTP/2 合同本人;二个是 RFC 7541,描述了 HTTP/2 左券中央银行使的底部压缩才具。本文将透超过实际际案例指点大家详细地认知 HTTP/2 尾部压缩那门本事。

为啥要减小

在 HTTP/1 中,HTTP 央求和响应都以由「状态行、诉求 / 响应尾部、音信主体」三有个别组成。日常来讲,消息主体都会透过 gzip 压缩,只怕自身传输的正是裁减过后的二进制文件(比如图片、音频卡塔尔国,但情状行和头部却尚未经过任何压缩,间接以纯文本传输。

趁着 Web 效用越来越复杂,各种页面发生的乞求数也愈发多,依照 HTTP Archive 的总计,当前平均种种页面都会生出过多个供给。越多的伸手导致消耗在头顶的流量更多,特别是每一遍都要传输 UserAgent、Cookie 那类不会每每改变的原委,完全都以生龙活虎种浪费。

以下是自己顺手张开的贰个页面包车型大巴抓包结果。能够看到,传输尾部的网络支付超越100kb,比 HTML 还多:

图片 1

下边是中间多少个伸手的明细。能够看出,为了获得 58 字节的数额,在头顶传输上海消防费了一些倍的流量:

图片 2

HTTP/1 时代,为了减削尾部消耗的流量,有成都百货上千优化方案能够尝试,举个例子合併央浼、启用 库克ie-Free 域名等等,不过这几个方案或多或少会引进一些新的标题,这里不打开探究。

减削后的成效

接下去自个儿将采纳访问本博客的抓包记录以来明 HTTP/2 底部压缩带来的转移。如何选拔 Wireshark 对 HTTPS 网址举行抓包并解密,请看本身的这篇小说。本文使用的抓包文件,能够点这边下载。

首先直接上海体育场所。下图选中的 Stream 是第二回访谈本站,浏览器发出的乞求头:

图片 3

从图片中能够看见那么些 HEADEXC60S 流的尺寸是 206 个字节,而解码后的尾市长度有 451 个字节。一言以蔽之,压缩后的头顶大小减弱了大意上多。

但是那正是整个吧?再上一张图。下图选中的 Stream 是点击本站链接后,浏览器发出的必要头:

图片 4

能够看来这一回,HEADE智跑S 流的尺寸独有 49 个字节,不过解码后的头厅长度却有 470 个字节。这一回,压缩后的头顶大小大概独有原本大小的 1/10。

缘何前后五次差异这么大吗?大家把三回的头顶音讯进行,查看同三个字段两遍传输所攻陷的字节数:

图片 5

图片 6

相比较后能够窥见,第三遍的央浼底部之所以超级小,是因为许多键值对只占用了两个字节。特别是 UserAgent、Cookie 那样的底部,第三回号令中须要占用相当多字节,后续需要中都只供给三个字节。

本事原理

上边那张截图,取自 谷歌(Google卡塔 尔(英语:State of Qatar) 的本性行家 Ilya Grigorik 在 Velocity 二零一四 • SC 会议中享用的「HTTP/2 is here, let’s optimize!」,特别直观地陈述了 HTTP/2 中底部压缩的原理:

图片 7

自己再用出浅入深的言语讲授下,底部压缩供给在支撑 HTTP/2 的浏览器和服务端之间:

  • 体贴风流倜傥份相似的静态字典(Static Table卡塔尔,包罗不足为奇的头顶名称,以至专门清汤寡水的尾部名称与值的组合;
  • 护卫大器晚成份相似的动态字典(Dynamic Table卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,能够动态的增进内容;
  • 支撑基于静态哈夫曼码表的哈夫曼编码(Huffman Coding卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎;

静态字典的作用有八个:1卡塔 尔(英语:State of Qatar)对于截然合作的底部键值对,例如 : method :GET,可以一贯利用一个字符表示;2卡塔 尔(英语:State of Qatar)对于尾部名称可以宽容的键值对,比如 cookie :xxxxxxx,能够将名称使用三个字符表示。HTTP/2中的静态字典如下(以下只截取了一些,完整表格在这里):

Index Header Name Header Value
1 :authority
2 :method GET
3 :method POST
4 :path /
5 :path /index.html
6 :scheme http
7 :scheme https
8 :status 200
32 cookie
60 via
61 www-authenticate

而且,浏览器能够告诉服务端,将 cookie :xxxxxxx 增加到动态字典中,那样持续一切键值对就能够动用叁个字符表示了。相通的,服务端也足以修改对方的动态字典。要求注意的是,动态字典上下文有关,须求为各类HTTP/2 连接维护分化的字典。

动用字典能够大幅地升级压缩效果,个中静态字典在第一遍倡议中就能够使用。对于静态、动态字典中不设有的内容,还是能够利用哈夫曼编码来减小体量。HTTP/2 使用了朝气蓬勃份静态哈夫曼码表(详见卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,也须要内置在客商端和服务端之中。

这里顺便说一下,HTTP/1 的场合行新闻(Method、Path、Status 等卡塔 尔(英语:State of Qatar),在 HTTP/2中被拆成键值对放入底部(冒号开始的那个卡塔 尔(英语:State of Qatar),相通可以面无人色到字典和哈夫曼压缩。另外,HTTP/2中存有尾部名称务必小写。

贯彻细节

问询了 HTTP/2 底部压缩的基本原理,最终大家来看一下切实的兑现细节。HTTP/2 的尾部键值对有以下那些意况:

1卡塔尔整个尾部键值对都在字典中

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 --- --- --- --- --- --- --- --- | 1 | Index (7 ) | --- ---------------------------

1
2
3
4
5
  0   1   2   3   4   5   6   7
--- --- --- --- --- --- --- ---
| 1 |        Index (7 )         |
--- ---------------------------
 

那是最简便易行的情况,使用三个字节就能够象征那些尾部了,最左壹人稳固为 1,之后两个人贮存键值对在静态或动态字典中的索引。比方下图中,尾部索引值为 2(0000010卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,在静态字典中查询可得 : method :GET

图片 8

2卡塔尔底部名称在字典中,更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 --- --- --- --- --- --- --- --- | 0 | 1 | Index (6 ) | --- --- ----------------------- | H | Value Length (7 ) | --- --------------------------- | Value String (Length octets) | -------------------------------

1
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3
4
5
6
7
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9
  0   1   2   3   4   5   6   7
--- --- --- --- --- --- --- ---
| 0 | 1 |      Index (6 )       |
--- --- -----------------------
| H |     Value Length (7 )     |
--- ---------------------------
| Value String (Length octets)  |
-------------------------------
 

对此这种境况,首先须要动用贰个字节表示尾部名称:左两位稳固为 01,之后陆位存放尾部名称在静态或动态字典中的索引。接下来的三个字节第一人H 表示尾部值是或不是利用了哈夫曼编码,剩余五个人表示尾部值的长短 L,后续 L 个字节就是底部值的具体内容了。举例下图中索引值为 32(100000卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,在静态字典中查询可得  cookie ;底部值使用了哈夫曼编码(1卡塔 尔(英语:State of Qatar),长度是 28(0011100卡塔尔国;接下去的 二十八个字节是 cookie 的值,将其举行哈夫曼解码就会得到具体内容。

图片 9

顾客端或服务端看见这种格式的底部键值对,会将其增加到本人的动态字典中。后续传输那样的剧情,就符合第 1 种情形了。

3卡塔 尔(英语:State of Qatar)尾部名称不在字典中,更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 --- --- --- --- --- --- --- --- | 0 | 1 | 0 | --- --- ----------------------- | H | Name Length (7 ) | --- --------------------------- | Name String (Length octets) | --- --------------------------- | H | Value Length (7 ) | --- --------------------------- | Value String (Length octets) | -------------------------------

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  0   1   2   3   4   5   6   7
--- --- --- --- --- --- --- ---
| 0 | 1 |           0           |
--- --- -----------------------
| H |     Name Length (7 )      |
--- ---------------------------
|  Name String (Length octets)  |
--- ---------------------------
| H |     Value Length (7 )     |
--- ---------------------------
| Value String (Length octets)  |
-------------------------------
 

这种景况与第 2 种情形相近,只是由于底部名称不在字典中,所以率先个字节固定为 01000000;接着评释名称是或不是使用哈夫曼编码及长度,并放上名称的具体内容;再注脚值是或不是利用哈夫曼编码及长度,最后放上值的具体内容。举个例子下图中名称的尺寸是 5(0000101卡塔尔,值的长短是 6(0000110卡塔尔。对其具体内容实行哈夫曼解码后,可得 pragma: no-cache 。

图片 10

客商端或服务端见到这种格式的头顶键值对,会将其增加到自身的动态字典中。后续传输那样的从头到尾的经过,就切合第 1 种情景了。

4卡塔 尔(英语:State of Qatar)尾部名称在字典中,不允许更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 --- --- --- --- --- --- --- --- | 0 | 0 | 0 | 1 | Index (4 ) | --- --- ----------------------- | H | Value Length (7 ) | --- --------------------------- | Value String (Length octets) | -------------------------------

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  0   1   2   3   4   5   6   7
--- --- --- --- --- --- --- ---
| 0 | 0 | 0 | 1 |  Index (4 )   |
--- --- -----------------------
| H |     Value Length (7 )     |
--- ---------------------------
| Value String (Length octets)  |
-------------------------------
 

这种意况与第 2 种境况特别近似,独一差别的地方是:第多个字节左几人稳固为 0001,只剩余几个人来贮存索引了,如下图:

图片 11

那边须要介绍其余三个知识点:对整数的解码。上海体育场地中第2个字节为 00011111,并不意味着底部名称的目录为 15(1111卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎。第叁个字节去掉固定的 0001,只剩四位可用,将位数用 N 表示,它不能不用来表示小于「2 ^ N – 1 = 15」的整数 I。对于 I,需求依据以下准绳求值(科雷傲FC 754第11中学的伪代码,via):

Python

if I < 2 ^ N - 1, return I # I 小于 2 ^ N - 1 时,直接回到 else M = 0 repeat B = next octet # 让 B 等于下八个多少人 I = I (B & 127) * 2 ^ M # I = I (B 低七位 * 2 ^ M) M = M 7 while B & 128 == 128 # B 最高位 = 1 时连任,不然重临 I return I

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if I < 2 ^ N - 1, return I         # I 小于 2 ^ N - 1 时,直接返回
else
    M = 0
    repeat
        B = next octet             # 让 B 等于下一个八位
        I = I (B & 127) * 2 ^ M  # I = I (B 低七位 * 2 ^ M)
        M = M 7
    while B & 128 == 128           # B 最高位 = 1 时继续,否则返回 I
    return I

对于上海体育地方中的数据,依照那个法规算出索引值为 32(00011111 00010001,15 17卡塔尔,代表  cookie 。要求小心的是,合同中有着写成(N 卡塔 尔(英语:State of Qatar)的数字,比方Index (4 )、Name Length (7 ),都须求服从这几个法则来编码和平解决码。

这种格式的头顶键值对,不一样意被增加到动态字典中(但可以运用哈夫曼编码卡塔尔国。对于部分非常灵活的底部,比方用来证实的 Cookie,这么做能够拉长安全性。

5卡塔尔尾部名称不在字典中,不允许更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 --- --- --- --- --- --- --- --- | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | --- --- ----------------------- | H | Name Length (7 ) | --- --------------------------- | Name String (Length octets) | --- --------------------------- | H | Value Length (7 ) | --- --------------------------- | Value String (Length octets) | -------------------------------

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  0   1   2   3   4   5   6   7
--- --- --- --- --- --- --- ---
| 0 | 0 | 0 | 1 |       0       |
--- --- -----------------------
| H |     Name Length (7 )      |
--- ---------------------------
|  Name String (Length octets)  |
--- ---------------------------
| H |     Value Length (7 )     |
--- ---------------------------
| Value String (Length octets)  |
-------------------------------
 

这种情形与第 3 种状态极其临近,唯一分歧的地方是:第1个字节固定为 00010000。这种情形超少见,未有截图,各位能够脑补。相通,这种格式的头顶键值对,也不容许被增加到动态字典中,只可以动用哈夫曼编码来压缩体积。

实际上,公约中还鲜明了与 4、5 特别临近的别的两种格式:将 4、5 格式中的第叁个字节第二位由 1 改为 0 就能够。它意味着「此次不创新动态词典」,而 4、5 表示「相对不相同意更新动态词典」。差异不是一点都不小,这里略过。

知晓了尾部压缩的技巧细节,理论上得以超轻巧写出 HTTP/2 尾部解码工具了。作者比较懒,直接找来 node-http2中的 compressor.js 验证一下:

JavaScript

var Decompressor = require('./compressor').Decompressor; var testLog = require('bunyan').createLogger({name: 'test'}); var decompressor = new Decompressor(testLog, 'REQUEST'); var buffer = new Buffer('820481634188353daded6ae43d3f877abdd07f66a281b0dae053fad0321aa49d13fda992a49685340c8a6adca7e28102e10fda9677b8d05707f6a62293a9d810020004015309ac2ca7f2c3415c1f53b0497ca589d34d1f43aeba0c41a4c7a98f33a69a3fdf9a68fa1d75d0620d263d4c79a68fbed00177febe58f9fbed00177b518b2d4b70ddf45abefb4005db901f1184ef034eff609cb60725034f48e1561c8469669f081678ae3eb3afba465f7cb234db9f4085aec1cd48ff86a8eb10649cbf', 'hex'); console.log(decompressor.decompress(buffer)); decompressor._table.forEach(function(row, index) { console.log(index 1, row[0], row[1]); });

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var Decompressor = require('./compressor').Decompressor;
 
var testLog = require('bunyan').createLogger({name: 'test'});
var decompressor = new Decompressor(testLog, 'REQUEST');
 
var buffer = new Buffer('820481634188353daded6ae43d3f877abdd07f66a281b0dae053fad0321aa49d13fda992a49685340c8a6adca7e28102e10fda9677b8d05707f6a62293a9d810020004015309ac2ca7f2c3415c1f53b0497ca589d34d1f43aeba0c41a4c7a98f33a69a3fdf9a68fa1d75d0620d263d4c79a68fbed00177febe58f9fbed00177b518b2d4b70ddf45abefb4005db901f1184ef034eff609cb60725034f48e1561c8469669f081678ae3eb3afba465f7cb234db9f4085aec1cd48ff86a8eb10649cbf', 'hex');
 
console.log(decompressor.decompress(buffer));
 
decompressor._table.forEach(function(row, index) {
    console.log(index 1, row[0], row[1]);
});

头顶原始数据出自于本文第三张截图,运转结果如下(静态字典只截取了风流倜傥部分):

{ ':method': 'GET', ':path': '/', ':authority': 'imququ.com', ':scheme': 'https', 'user-agent': 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0', accept: 'text/html,application/xhtml xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8', 'accept-language': 'en-US,en;q=0.5', 'accept-encoding': 'gzip, deflate', cookie: 'v=47; u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456', pragma: 'no-cache' } 1 ':authority' '' 2 ':method' 'GET' 3 ':method' 'POST' 4 ':path' '/' 5 ':path' '/index.html' 6 ':scheme' 'http' 7 ':scheme' 'https' 8 ':status' '200' ... ... 32 'cookie' '' ... ... 60 'via' '' 61 'www-authenticate' '' 62 'pragma' 'no-cache' 63 'cookie' 'u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456' 64 'accept-language' 'en-US,en;q=0.5' 65 'accept' 'text/html,application/xhtml xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8' 66 'user-agent' 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0' 67 ':authority' 'imququ.com'

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{ ':method': 'GET',
  ':path': '/',
  ':authority': 'imququ.com',
  ':scheme': 'https',
  'user-agent': 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0',
  accept: 'text/html,application/xhtml xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8',
  'accept-language': 'en-US,en;q=0.5',
  'accept-encoding': 'gzip, deflate',
  cookie: 'v=47; u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456',
  pragma: 'no-cache' }
1 ':authority' ''
2 ':method' 'GET'
3 ':method' 'POST'
4 ':path' '/'
5 ':path' '/index.html'
6 ':scheme' 'http'
7 ':scheme' 'https'
8 ':status' '200'
... ...
32 'cookie' ''
... ...
60 'via' ''
61 'www-authenticate' ''
62 'pragma' 'no-cache'
63 'cookie' 'u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456'
64 'accept-language' 'en-US,en;q=0.5'
65 'accept' 'text/html,application/xhtml xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8'
66 'user-agent' 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0'
67 ':authority' 'imququ.com'

可以看见,这段从 Wireshark 拷出来的尾部数据足以健康解码,动态字典也获取了创新(62 – 67卡塔 尔(英语:State of Qatar)。

总结

在开展 HTTP/2 网址质量优化时比较重大学一年级点是「使用尽可能少的连接数」,本文提到的底部压缩是里面二个很关键的来头:同一个老是上发出的央求和响应更加多,动态字典积攒得越全,底部压缩效果也就越好。所以,针对 HTTP/2 网址,最好奉行是永不合併能源,不要散列域名。

暗许意况下,浏览器会针对那个景况选取同多个接连:

  • 同大器晚成域名下的能源;
  • 不一样域名下的财富,不过满足多个标准:1卡塔 尔(英语:State of Qatar)拆解解析到同一个IP;2卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎使用同三个证件;

上面第一点轻松精通,第二点则比较轻便被忽视。实际上 Google已经那样做了,Google 风流浪漫多级网址都共用了同一个证书,能够那样表达:

$ openssl s_client -connect google.com:443 |openssl x509 -noout -text | grep DNS depth=2 C = US, O = GeoTrust Inc., CN = GeoTrust Global CA verify error:num=20:unable to get local issuer certificate verify return:0 DNS:*.google.com, DNS:*.android.com, DNS:*.appengine.google.com, DNS:*.cloud.google.com, DNS:*.google-analytics.com, DNS:*.google.ca, DNS:*.google.cl, DNS:*.google.co.in, DNS:*.google.co.jp, DNS:*.google.co.uk, DNS:*.google.com.ar, DNS:*.google.com.au, DNS:*.google.com.br, DNS:*.google.com.co, DNS:*.google.com.mx, DNS:*.google.com.tr, DNS:*.google.com.vn, DNS:*.google.de, DNS:*.google.es, DNS:*.google.fr, DNS:*.google.hu, DNS:*.google.it, DNS:*.google.nl, DNS:*.google.pl, DNS:*.google.pt, DNS:*.googleadapis.com, DNS:*.googleapis.cn, DNS:*.googlecommerce.com, DNS:*.googlevideo.com, DNS:*.gstatic.cn, DNS:*.gstatic.com, DNS:*.gvt1.com, DNS:*.gvt2.com, DNS:*.metric.gstatic.com, DNS:*.urchin.com, DNS:*.url.google.com, DNS:*.youtube-nocookie.com, DNS:*.youtube.com, DNS:*.youtubeeducation.com, DNS:*.ytimg.com, DNS:android.com, DNS:g.co, DNS:goo.gl, DNS:google-analytics.com, DNS:google.com, DNS:googlecommerce.com, DNS:urchin.com, DNS:youtu.be, DNS:youtube.com, DNS:youtubeeducation.com

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$ openssl s_client -connect google.com:443 |openssl x509 -noout -text | grep DNS
 
depth=2 C = US, O = GeoTrust Inc., CN = GeoTrust Global CA
verify error:num=20:unable to get local issuer certificate
verify return:0
                DNS:*.google.com, DNS:*.android.com, DNS:*.appengine.google.com, DNS:*.cloud.google.com, DNS:*.google-analytics.com, DNS:*.google.ca, DNS:*.google.cl, DNS:*.google.co.in, DNS:*.google.co.jp, DNS:*.google.co.uk, DNS:*.google.com.ar, DNS:*.google.com.au, DNS:*.google.com.br, DNS:*.google.com.co, DNS:*.google.com.mx, DNS:*.google.com.tr, DNS:*.google.com.vn, DNS:*.google.de, DNS:*.google.es, DNS:*.google.fr, DNS:*.google.hu, DNS:*.google.it, DNS:*.google.nl, DNS:*.google.pl, DNS:*.google.pt, DNS:*.googleadapis.com, DNS:*.googleapis.cn, DNS:*.googlecommerce.com, DNS:*.googlevideo.com, DNS:*.gstatic.cn, DNS:*.gstatic.com, DNS:*.gvt1.com, DNS:*.gvt2.com, DNS:*.metric.gstatic.com, DNS:*.urchin.com, DNS:*.url.google.com, DNS:*.youtube-nocookie.com, DNS:*.youtube.com, DNS:*.youtubeeducation.com, DNS:*.ytimg.com, DNS:android.com, DNS:g.co, DNS:goo.gl, DNS:google-analytics.com, DNS:google.com, DNS:googlecommerce.com, DNS:urchin.com, DNS:youtu.be, DNS:youtube.com, DNS:youtubeeducation.com

选拔多域名加上相通的 IP 和评释陈设 Web 服务有异乎平常的含义:让补助 HTTP/2 的终端只创设一个连连,用上 HTTP/2 公约带给的各样收益;而只扶植 HTTP/1.1 的极点则会创立两个一连,达到同不常候越来越多并发要求的目标。那在 HTTP/2 完全普遍前也是二个准确的接纳。

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