探究Google SPDY

1.HTTP协议的不足

1）单路连接

     最初的HTTP 1.0规范规定了在每一个单独的请求/相应之后都必须关闭与服务器间的连接：也就是说连接无法重用，必须为每次请求重新创建一条新的TCP连接。

     HTTP 1.1的最大改变就是针对这个问题的：将连接默认为"keep-alive"，并且介绍了一个"pipelining"的特性，keep-alive可以在多个请求之间重用TCP连接，而pipelining则允许一次发起多个请求。如今，keep-alive已经被大部分服务器和客户端所接受，但是pipelining却在大多数浏览器中被默认禁用（除了opera）。

     尽管如此，即使部署了pipelining支持，但HTTP严格限制请求必须以FIFO的方式被处理，因此如果在请求队列中有一个非常慢的动态请求，那么与它共用同一TCP通道的其它请求都必须等待这个请求先处理完成。

                       

 

2）只允许客户端主动发起请求

     在HTTP协议中，只允许客户端发起请求。即使在服务器知道客户端需要的资源，也只能等待客户端主动请求相应的资源。

3）HTTP头冗余及未压缩

     HTTP 头在同一个会话里是反复发送的，中间的冗余信息，比如 User-Agent、Host 等不需要重复发送的信息也在反复发送，另外HTTP头没有被压缩，浪费带宽和资源。

2.SPDY 结构及特性

    SPDY 协议只是在性能上对 HTTP 做了很多的优化，其核心思想是复用TCP连接，SPDY对于 HTTP 的语义并没有修改，只是修改了传送HTTP内容的方式。

    1）SPDY实现

         SPDY强制使用SSL协议，SDPY在SSL之上增加了Session层，用来实现多路复用，在一个TCP连接中交错发送多个流（streams）。     

 

                 

 

 

   2）SPDY特性

        i）基本特性

           多路复用：SPDY 规定在一个 SPDY 连接内可以有无限个并发请求，即允许多个并发 HTTP 请求共用一个 TCP会话；

           请求优先级：SPDY 可以设置请求优先级，而不像HTTP 那样严格按照FIFO处理请求，它会优先传输重要的资源，这样可以避免让非关键资源占用网络通道的问题，提升性能；

           HTTP头压缩：舍弃掉了不必要的头信息，并对头信息进行压缩，降低数据传输量。

        ii）高级特性：
           服务器推送(server push)：服务器可以主动向客户端推送数据，适合在初始页面时使用。例如，用户访问平安主页，当服务器收到用户的请求后，可直接向用户推送主页上的css，js，图片等资源，不需要像HTTP那样等用户收到页面，解析页面后再逐一向服务端请求。

           服务器提示(server hint) ： 服务器建议客户端应该请求某些资源，适合在非初始页面时使用。该特性中，服务器是不能主动向客户端发送数据的。 

3.具体实现

   SPDY是建立在TCP可靠传输之上的，并且是长连接。

   SPDY标准包含两层，framing layer和HTTP layer。framing layer使用帧来实现TCP连接的多路复用；HTTP layer定义了在framing layer之上实现HTTP请求和响应的机制。

   在浏览器中访问Google主页，对比其在HTTP和SPDY协议下的实现，来说明SPDY怎样实现多路复用，优先级设定等特性，下图为HTTP实现与SPDY实现流程对比。

    1）SPDY framing layer

        SPDY在Framing layer定义了两种帧，控制帧和数据帧。通过这两种帧，可实现全双工流(stream)，SPDY中的每个请求都有一个stream ID，服务器和客户端之间可以再单个TCP通道并行传输数据，在同一时间通过同一个通道响应多个资源请求，只需要识别出数据对应的stream就可以了。例如，上图中，使用SPDY协议向google服务器分别请求CSS，请求图片，都是一个stream，这些stream可以并发，每个流有不同的stream_id，用来区分不同的请求及其响应。

 

                                      

        为了管理一个stream，SPDY定义了三种控制帧，分别为：

        i)SYN_STREAM：创建一个新的stream。

        ii)SYN_REPLY：响应一个stream。

        iii)RST_STREAM：关闭一个steam。

    2）SPDY实现（无服务器推）

        客户端向服务器请求CSS：

        i)客服端发送SYN_STREAM创建一个新的stream，用来请求CSS。

          在SYN_STREAM帧中，使用Stream_ID来唯一标识该stream，并在Priority标志位说明该请求的优先级，优先级从0-7逐渐降低，服务器会首先处理优先级高的stream。

          在Name/Value Header blocker，这部分用来存储HTTP报头内容，例如cookie，host等等，并使用gzip进行压缩。

          stream的创建是异步的，在发送了SYN_STREAM创建流之后，不需要等待服务器回应，可立即发送数据帧。数据帧的Stream_ID需要与创建流控制帧的Stream_ID相同，Data所存储的内容即是HTTP报文的body部分。

        ii)服务端使用SYN_REPLY帧响应stream请求：

           服务端收到创建流的帧之后，对请求进行处理并响应，发送SYN_REPLY帧到客户端，应答帧的Stream_ID字段应该与创建帧的Stream_ID的字段相同，以便在客户端收到应答帧之后确认是对哪个请求的应答。

          与SYN_STREAM创建帧类似，应答帧SYN_REPLY也有Name/Value Header blocker，用来存储HTTP报文头。在应答帧发送之后的数据帧，用来传送HTTP报文的body内容。

        iii)发送RST_STREAM关闭流。

          Stream_ID字段表示要关闭的流。

     3）SPDY实现（服务器推）

        当客户访问Google主页时，客户端会创建一个流，该流的Stream_ID为5，当服务器收到创建流的控制帧之后，知道客户要访问Google主页，同时，服务端知道客户端主要需要的其他资源，如CSS，js，图片等。服务器可以主动创建流将这些资源发送到客户端。

        服务端向客户推送这些资源时，创建的流associated_stream_id说明了这个push stream对应哪个请求流。服务器推送CSS，js，图片分别创建三个不同的流，其流创建帧的associated_stream_id要为请求Google主页创建流的stream_id。