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12 DHCP的内容和HTTP的改良

news 来源：原创 2025/8/21 1:03:40

一、回顾

计算机分配相关身份

网络号、主机号网络号内的主机识别局部网通信
网关不同网络的通信
DNS服务器域名解析因特网通信

二、DHCP协议

建议学习前看这个视频，14分钟，所有的知识点都有，很容易理解

1、理解

DHCP 的全称是 Dynamic Host Configuration Protocol 动态主机配置协议。DHCP与IP地址紧密联系。
作用：自动配置IP地址、统一管理IP地址分配。

注意：
除了IP地址，DHCP服务器还会把子网掩码，默认路由，网关信息，DNS服务器告诉你。

在这里插入图片描述

2、DHCP服务器

动态IP地址最终的去处。

由于IP地址是动态的（临时分配）而不是静态的（永久分配），因此不再使用的IP地址会自动返回IP地址池中进行重新分配。

那么DHCP服务器由谁服务呢？

网络管理员负责建立DHCP服务器，并以租约的形式向启用DHCP的客户端提供地址配置。
DHCP会为每个客户端提供一个动态地址，到了截止时期，会自动收回。

当虚拟机的静态地址是192.168.1.9与手机的IP地址一样。虚拟机接入网络时，会连不上。IP地址发生冲突。
那么DHCP如何知道哪些IP地址是空闲的呢？

这就需要数据库了。通过DHCP维护的信息，来合理分配IP地址。那么DHCP维护了哪些信息？
- 有效的TCP/IP配置参数
  - 主机名（Host name）、DHCP 客户端（DHCP client）、域名（Domain name）、IP 地址(IPaddress）、网关（Netmask）、广播地址（Broadcast address）、默认路由（default rooter）。
- 有效的 IP 地址和排除的 IP 地址，保存在 IP 地址池中等待分配给客户端。
- 为某些特定的 DHCP 客户端保留的地址，这些地址是静态 IP，这样可以将单个 IP 地址⼀致地分配给单个DHCP 客户端。

3、DHCP工作机制

DHCP报文有哪些？

DHCP discover ：客户端广播寻找可用DHCP服务器。
DHCP offer ：服务器接收到 DHCPDISCOVER 之后做出的响应，它包括了给予客户端的 IP 租约过期时间、服务器的识别符以及其他信息。【单播或广播】
DHCP request ：客户端确认接受服务器提供的IP地址。【广播】
DHCP ACK ：服务器确认分配（Ack）。【单播或广播】
DHCP NAK ：服务器拒绝了客户端的请求。【单播或广播】
DHCP RELEASE ：一般出现在客户端关机、下线等状况。这个报文将会使 DHCP 服务器释放发出此报文的客户端的 IP 地址。
DHCP INFORM ：客户端发出的向服务器请求⼀些信息的报文。
DHCP DECLINE :当客户端发现服务器分配的 IP 地址无法使用（如 IP 地址冲突时），将发出此报文，通知服务器禁止使用该 IP 地址。

三、HTTP 2.0/3.0的理解

学习前可以看这个视频，理解整个过程，可以一截一截的看，里面是有标记内容位置的。

1、最初的HTTP

最初的HTTP只用于Web端的内容获取。web端那时候是很简单的界面。但是时代的发展，界面变得越来越好看，需要的技术文件越来越多。就会导致发送数据的阻碍。

1.1、影响

影响HTTP的网络请求因素主要有：带宽和延迟。

带宽

因为单位时间传输的数据很少。如果按以前的老年机来输入信息，那么是无法满足现代聊天的需求。

延迟

浏览器阻塞

浏览器阻塞是指浏览器在执行某些操作时被阻止，导致页面加载或功能无法正常运行。

DNS查询

览器需要知道目标服务器的 IP 才能建立连接。将域名解析为 IP 的这个系统就是 DNS。但是这个通常可以利用 DNS 缓存结果来达到减少这个时间的目的。

建立连接

HTTP 是基于 TCP 协议的，浏览器最快也要在第三次握手时才能捎带 HTTP 请求报文，达到真正的建立连接，但是这些连接无法复用会导致每次请求都经历三次握手和慢启动。三次握手在高延迟的场景下影响较明显，慢启动则对文件类大请求影响较大。

1.2、HTTP的问题1

HTTP被抱怨最多的问题是：连接无法复用。每次请求都要进行TCP三次握手，4次挥手。建立连接的过程消耗的资源很大。
所以后面HTTP1.0会设置connection：Keep-Alive（持久连接）。这样就可以减少TCP的握手和挥手，至于可以复用多久是由服务器决定。
HTTP 1.1的话默认就是Keep-Alive了，要关闭这个功能就把connection改成Close。

1.3、HTTP的问题2

HTTP还有个大问题是队头阻塞（head of blocking）。
- 队头阻塞导致带宽无法充分利用。后续请求被阻塞。

例如：假如有五个请求被同时发出，如果第⼀个请求没有处理完成，就会导致后续的请求也无法得到处理，如下图所示：
如果发送的第一个请求被阻塞，其他的4个请求也就被阻塞在客户端，等到请求1被处理完，其他才发出。

HTTP1.1里面有个管线化技术(流水线)：单个连接可以同时发多个请求，但是发送的请求顺序是怎么样，响应的顺序也是一样的。

但是这种它有不少缺陷。

如果管道中的第一个请求的响应延迟或阻塞，后续请求的响应也会被阻塞，即使它们已经处理完成。
并非所有服务器和代理都正确支持流水线技术。
如果管道中的某个请求失败，客户端难以确定具体是哪个请求出了问题。
流水线可能导致服务器资源竞争，尤其是在高并发场景下。
流水线的实现对客户端和服务器都增加了复杂性。

2、SPDY

SPDY（发音为 “speedy”）是 Google 开发的一种网络协议，旨在减少网页加载时间并改善 Web 性能。它是 HTTP/2 协议的前身，引入了许多创新特性，为现代 Web 性能优化奠定了基础。

SPDY主要解决了HTTP的延迟和安全性。

SPDY 的主要目标是解决 HTTP/1.1 的性能瓶颈

高延迟：HTTP/1.1 的串行请求和响应机制导致延迟较高。
队头阻塞（Head-of-Line Blocking）：一个请求的延迟会影响后续请求。
低效的头部传输：HTTP/1.1 的头部信息重复且未压缩。
并发连接限制：浏览器对同一域名的并发连接数有限制。

SPDY的功能

多路复用（Multiplexing）

功能：在单个 TCP 连接上同时传输多个请求和响应。
优势：避免了 HTTP/1.1 的队头阻塞问题，提高了连接利用率。

头部压缩

功能：使用专门的算法（如 HPACK）压缩 HTTP 头部。
优势：减少了头部数据的传输量，降低了延迟。

请求优先级

功能：允许客户端为请求设置优先级，确保关键资源优先加载。
优势：优化了页面渲染性能，提升了用户体验。

服务器推送（Server Push）

功能：服务器可以主动向客户端推送资源，而无需等待客户端请求。
优势：减少了额外的请求往返时间，加快了页面加载速度。

加密传输

功能：SPDY 默认使用 TLS 加密传输数据。
优势：提高了安全性，防止数据被窃听或篡改

3、HTTP 2.0

3.1、二进制格式

HTTP 1.x是文本格式。那么它的协议解析是基于文本，而文本的复杂度很高。而二进制格式只识别0和1，所以在HTTP2.0里开始使用二进制格式。
在这里插入图片描述

3.2、连接共享

连接共享意味着客户端与服务器之间也只需要⼀个连接即可，这样即使来自很多流的数据包也能够混合在⼀起通过同样连接传输，再根据不同帧首部的 **stream id 标识符（流标识符）**重新连接将不同的数据流进行组装。

stream 是连接中的⼀个虚拟信道，可以承载双向消息传输。每个流有唯⼀整数标识符。为了防止两端 streaam id 冲突，客户端发起的流具有奇数 id，服务器端发起的流具有偶数 id。HTTP 2.0 你可以对不同的 stream 设置不同的优先级。

3.3、头部压缩

HTTP1.x 中的 header 由于 cookie 和 user agent 不存在记忆性，导致每次都要带着这些头重新发送请求。HTTP 2.0 可以使用 HPACK 算法压缩 HTTP 头部，减少冗余数据。通信双方会各自缓存⼀份 header 字段表，这样能够避免重复传输 header ，也能够减小传输的大小。

3.4、服务端推送

服务器可以主动向客户端推送资源，而无需等待客户端请求。

3.5、HTTP 2.0的缺陷

多路复用的情况下，连接（连接是基于TCP协议上的）频繁的话，容易导致TCP性能瓶颈。
HTTP 2.0会增加一次TLS，就多了一次RTT。
多个请求是在同一个 TCP 管道中，这样当 HTTP 2.0 出现丢包时，整个 TCP 都要开始等待重传，那么就会阻塞该 TCP。连接中的所有请求。

4、HTTP 3.0

TCP 队头阻塞问题
- 在一个 TCP 连接中，如果某个数据包丢失或延迟，后续的数据包即使已经到达接收方，也无法被处理，必须等待丢失的数据包重传并到达。

解决方法：使用了基于UDP的QUIC协议。QUIC把TLS和TCP整合在一起了，减少了时间。