http2-protokollet

Nog om bakgrunden, historien och politiken bakom det som tog oss hit. Låt oss dyka ner i detaljerna i protokollet. De bitarna och koncepten som gör http2.

6.1. Binärt

http2 är ett binärt protokoll.

Bara låt det sjunka in en liten stund. Om du är en person som varit involverad i Internetprotokoll förr så är chansen stor att du helt instinktivt reagerar negativt mot det valet och plockar fram dina argument om hur protokoll baserade på text/ascii är överlägsna för att människor kan köra dem manuellt över telnet och så vidare.

http2 är binärt för att göra inramningen av paket mycket enklare. Att lista ut början och slutet av paket är en av de riktigt komplicerade sakerna i HTTP 1.1 och faktiskt i text-baserade protokoll i allmänhet. Genom att plocka bort valbart antal white space och andra sätt att skriva samma sak så blir implementationer mycket enklare.

Dessutom gör det det mycket lättare att separera själva protokolldelarna från inramningen - vilket var förvirrande blandat i HTTP1.

Det faktum att protokollet har komprimering och ofta kommer köras över TLS minskar också värdet av text eftersom man inte skulle se text över kabeln i alla fall. Vi måste helt enkelt vänja oss vid tanken på att använda en Wireshark-inspector eller liknande för att lista ut exakt vad som pågår på protokollnivån i http2.

Debugging av det här protokollet kommer istället antagligen göras med verktyg som curl eller analyser av nätverksströmmen med Wiresharks http2-support och liknande.

6.2. Det binära formatet

http2 skickar binära paket ("frames"). Det finns olika paket-typer som kan skickas och de har allihop samma upplägg:

Längd, typ, flaggor, ström-id och paket-data ("payload").

Det finns tio olika paket-typer definierade i http2-specen och de två kanske mest fundamentala som direkt mappar HTTP 1.1-funktioner är DATA och HEADERS. Jag kommer beskriva några av paket-typerna i närmare detaljer nedan.

6.3. Multiplexade strömmar

Ström-id som nämndes i stycket ovan om det binära formatet, gör att varje paket som kommer över http2 är associerat med en "ström". En ström är en logisk förbindelse. En oberoende, bi-direktionell sekvens av paket som utbytes mellan klienten och servern inom ett http2-koppel.

Ett enda http2-koppel kan överföra många samtidiga strömmar mellan ändpunkterna genom att skicka paket från olika strömmar över kopplet. Strömmar kan etableras och användas ensidigt eller delas av både klienten och servern och de kan stängas av endera sidan. Ordningen som paketen skickas inom strömmen behålls, så mottagaren tar emot de i samma ordning som de skickades.

Multiplexande strömmar betyder att paket från många strömmar blandas och skickas över samma koppel. Två (eller fler) individuella tåg med data trycks ihop över ett enda koppel och delas upp igen på andra sidan. Här är två tåg:

De två tågen multiplexade över samma koppel:

multiplexat tåg

6.4. Prioriteter och beroenden

Varje ström har också en prioritet (även känd som "vikt"), vilken används för att berätta för andra sidan vilka strömmar som skall anses viktigast ifall resursbrist tvingar servern att välja vilka strömmar som ska skickas först.

Genom att använda ett PRIORITY-paket kan en klient också berätta för servern vilken annan ström den beror på. Detta möjliggör för en klient att bygga ett "träd" med prioriteter där flera "barn-strömmar" kan bero att "föräldra-strömmar" först avslutas.

Prioritetsvikter och beroenden kan ändras dynamiskt under körning, vilket bör tillåta webbläsare att se till att när användare scrollar ner en sida full med bilder så kan den berätta vilka bilder som är viktigast, eller om du byter tabbar så kan den prioritera en ny uppsättning strömmar som då plötsligt kommer i fokus.

6.5. Header-komprimering

HTTP är ett state-löst protokoll. I korthet betyder det att varje förfrågan måste ta med sig precis så mycket detaljer som servern behöver för att serva den frågan utan att servern ska behöva mellanlagra info eller meta-data från tidigare förfrågningar. Eftersom http2 inte ändra några sådana paradigmer så måste det också fungera så.

Detta gör HTTP repetativt. När en klient frågar efter många resurser från samma server, typ bilder på en webbsida, så kommer det göras en lång serie med förfrågningar som ser nästan identiska ut. En serie med nästan identiska någonting ber om komprimering.

Allt medan antalet objekt per webbsida ökat som jag nämnt tidigare, har användandet av cookies och storleken på förfrågningarna också gjort det. Cookies behöver också inkluderas i alla förfrågningar, oftast helt identiska för många förfrågningar.

Storleken på HTTP 1.1-förfrågningar har faktiskt blivit så stora över tid att de ibland överstiger det initiala TCP-fönstret, vilket gör dem väldigt långsamma att skicka eftersom de då behöver en hel rund-tur för att få en ACK tillbaks från servern innan hela förfrågan har skickats. Ytterligare ett argument för komprimering.

6.5.1. Komprimering är ett lurigt ämne

HTTPS- och SPDY-komprimering befanns vara känsliga för BREACH- och CRIME-attackerna. Genom att infoga känd text i strömmarna och se hur det förändrade utdatan, kunde en attackerare lista ut vad som skickades.

Att komprimera dynamiskt innehåll för ett protokoll utan att bli sårbar för dessa attacker kräver lite omtanke och försiktiga övervägningnar. Det är vad HTTPbis-teamet försökte sig på.

In kommer då HPACK, Header- komprimering för http2, vilket – som namnet lämpligt indikerar - är ett komprimeringsformat speciellt framtaget för http2-headers och det är strikt talat specificerat i en egen specifikation. Det nya formatet, tillsammans med andra motåtgärder, som en bit som ber mellanhänder att inte komprimera en viss header och valbar utfyllnad av paket är tänkt att göra det svårare att exploatera den här komprimeringen.

Som Roberto Peons sade (en av skaparna av HPACK):

"HPACK utformades för att göra det svårt för en korrekt implementation att läcka information, att koda och dekoda väldigt snabbt/billigt, att erbjuda kontroll över storleken på komprimerings-kontexten, att tillåta proxys att om-indexera (dvs ett delat tillstånd mellan frontend och backend inom en proxy), och för snabba jämförelser av huffman-kodade strängar."

6.6. Reset - ångra dig

En av nackdelarna med HTTP 1.1 är att när ett HTTP-meddelande har skickats iväg med en Content-Length av en viss storlek, så kan man inte enkelt bara sluta skicka det. Visst kan du ofta (men inte alltid) stänga TCP-kopplet men det kommer till priset av att du måste förhandla upp ett nytt TCP-koppel igen.

En bättre lösning skulle vara att bara stoppa meddelandet och skicka ett nytt. Det kan göras med http2:s RST_STREAM-paket som därmed hjälper till att undvika slösa på bandbredd och onödiga nedrivningar av koppel.

6.7. Server push

Detta är en funktion också kallad "cache push". Idén här är att ifall en klient ber om resurs X så kanske servern vet att klienten då troligen också kommer vilja ha resurs Z och skickar den till klienten utan att den har frågat efter den. Den hjälper klienten att stoppa in Z i sin cache så att den finns där direkt när klienten vill ha den.

Server push är något en klient explicit måste tillåta servern att skicka och även om en klient gör det, så kan den på eget beslut snabbt stänga ner en pushad ström med RST_STREAM ifall den inte vill ha den.

6.8. Flödeskontroll

Varje individuell ström över http2 har sin eget annonserade flödesfönster som den andra sidan är tillåten att sända data för. Det är väldigt likt hur SSH fungerar i stil och koncept, om du råkar veta hur det fungerar.

För varje ström måste båda sidor berätta för den andra hur mycket utrymme det finns att lagra inkommande data i, och den andra änden har bara tillåtelse att skicka så mycket data tills dess att fönstret utökas. Bara DATA-paket är flödeskontrollerade.