Spdy

Http的缺陷

  • 一个连接处理一个请求：http建立的一个链接只能处理一个http请求，多个请求需要建立多个http的链接。每次的链接建立都会增加RTT的时间。
    • Http对请求是严格的FIFO处理方式，即使中间某个请求的处理时间很长，也会阻塞后面的请求；
    • HTTP pipelining可改善链接的效率，但是成本很大
  • Http只允许客户端发起请求
  • 未压缩的请求头/响应头：减少头信息可以很明显的降低延时
  • 冗余的头信息：Http的头信息会在一个会话（Session）中反复的发送，比如 User-Agent、Host 等不需要重复发送的信息也在反复发送，浪费带宽和资源。
  • 可选的数据压缩：http的数据压缩是默认不开启的。

Spdy的设计

Spdy的设计是在SSL/TLS上增加一个Session层，从而实现在一个链接上的多请求的并发处理。

核心术语

  • connection：两端之间传输层的链接
  • session：connection的同义词。
  • frame：包含header前缀的字节流，在SPDY session上进行传输。
  • stream：在SPDY session中的双向的字节流虚拟通道。
  • client：SPDY session中初始化发起的端
  • server：SPDY session中非初始化发起

Session是长连接的，一个Session与一个TCP链接一一对应；frame一旦建立链接，客户端和服务端就可以交换帧消息了。分为：控制帧和数据帧；stream就是由多个相关联的frame组成，一个stream只能用于传输一次HTTP请求及该请求对应的HTTP响应。

SPDY分为两层：Framing Layer和HTTP Layer。Framing Layer位于TCP协议层之上，传输的数据单元是frame，同一个TCP连接可以传输多个独立的frame。HTTP Layer则位于Framing Layer之上，负责把HTTP协议与SPDY协议的转换。

Framing 帧

控制帧（Control Frames）

  • 控制位(Control bit)： 'C'位用一个比特定义控制消息，控制帧的值恒定1;
  • 版本(Version)：SPDY协议的版本号;
  • 类型(Type)：控制帧的类型;
    • SYN_STREAM：允许发送者在两端之间异步的创建stream；
    • SYN_REPLY：接收一个由SYN_STREAM帧接受者创建的流是的回应
    • RST_STREAM：不正常终止一个流，两端都可以发送这个控制流
    • SETTINGS：包含一组id/value对的配置数据来告诉两端可以怎样通信，可以被任何端发送，选择性发送，并且是全异步的。settings可以被持久化，是由client持久化的。
    • PING：是一种测试发送者最小round-trip时间的机制。可以被两端发送，ping frame的优先级是最高的。
    • GOAWAY：是一种通知连接的远端在这个会话上停止创建流的机制，可以被任何端发送，一旦发送，发送端将不再创建新的stream，接受端也不再发送stream。
    • HEADERS：对stream商议额外的头信息，可选的。
    • WINDOW_UPDATE：在SPDY中用于实现流量的控制
  • 标识(Flags)：和这个帧有关的标识。控制帧和数据帧的标识不同;
  • 长度(Length)：一个无符号24bit数字表示之后域的长度;
  • 数据(Data)：控制帧相关的数据。格式和长度取决于控制帧的类型。

SYN_STREAM

  • Flags：标识位
    • FLAG_FIN：将此frame作为stream里最后一个，并且使发送端处于半关闭状态；
    • FLAG_UNIDIRECTIONAL：使接受端处于半关闭状态
  • Stream-ID：标示stream的31位标识符
  • Associated-To-Stream-ID：关联这个stream的31位标示符。
  • Priority：保留
  • Unused：保留
  • Slot：保留

SYN_REPLY

  • Flags：标识位
    • FLAG_FIN：将此frame作为stream里最后一个，并且使发送端处于半关闭状态；

RST_STREAM

  • Flags：0
  • Status code：指示这个流被终止的原因。
    • 1 - PROTOCOL_ERROR：通用error
    • 2 - INVALID_STREAM：stream不在是有效的
    • 3 - REFUSED_STREAM：被拒绝的stream
    • 4 - UNSUPPORTED_VERSION：不支持当前version的stream
    • 5 - CANCEL：由创建者发起，指示这个stream不再使用
    • 6 - INTERNAL_ERROR：通过error，协议的实现者内部错误
    • 7 - FLOW_CONTROL_ERROR：冲突
    • 8 - STREAM_IN_USE：
    • 9 - STREAM_ALREADY_CLOSED：接收端将进入半关闭状态
    • 10 - unused
    • 11 - FRAME_TOO_LARGE：

SETTINGS

PING

client发送时，使用奇数的ID，server发送时，使用偶数的ID。PING的frame长度是不变的，都是4bytes。

GOAWAY

GOAWAY的frame的长度是固定8bytes的。

  • Last-good-stream-Id：指的是这个session中最后一个创建的stream的steam_id值。没有的话，就是0
  • Status：关闭Session的原因
    • 0 - OK
    • 1 - PROTOCOL_ERROR
    • 2 - INTERNAL_ERROR

HEADERS

协商头信息的name/value是被压缩传输的。

WINDOW_UPDATE

流量控制包括两个级别：单个的stream、整个的connection/session。

并且流量控制是逐段的，就是说只在两个端之间有效。

长度也是固定为8，stream-ID非0就是正对特定的stream。

SPDY总结

特性

  1. 流复用：允许一个TCP里面无线的并发流处理，各个请求是在一个单一的通道下交错传输，从而减少网络连接的需要；
  2. 请求优先级：虽然无限的并行数据流解决了序列化问题，但是它们引入了另一个问题：如果由于信道带宽的限制，客户端可能会阻止怕堵塞通道的要求。为了克服这个问题，SPDY实现请求的优先次序：客户端可以请求尽可能多的项目，每个请求分配一个优先级。这样 即使高优先级的请求仍处在pending状态，通道也不会传输非关键的，低优先级的请求，这样就有效地阻止了传输拥塞。
  3. Http header压缩：对于HTTP 请求，响应头，SPDY都做了压缩，这样包更小。
  4. 服务器端推送：SPDY通过X-Associated-Content 协议头来向客户端推送数据。
  5. 安全：默认开启的SSL。
  6. Server hint：这个类似于服务器推送，差别在于它不会实际的推送消息，而是告知浏览器有这个消息，仍旧等待客户端的请求，对于低速网络，是个很大的优化，有点类似于我们的预加载技术。

工作机制

  1. session--会话，一个SPDY会话实质上就是一个tcp连接。
  2. stream--虚拟流，一个SPDY会话可以拥有多条虚拟流，每条流都有标识其身份的流ID，所有的请求和应答都是通过流进行的
  3. frame--SPDY帧，在SPDY协议中，客户端和服务器交互的数据就是SPDY帧，SPDY帧可以分为控制帧和数据帧，数据帧和控制帧通过帧的第一个比特位进行区分，

帧格式的整理参考：

普通的一个SPDY流程：

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