HTTP：互聯網的共同語言
2019-02-25
互聯網的共同人類語言是甚麼呢？答案是英文，根據維基百科，世界上有五成四的網站都是以英文寫成，另外的四成六則以其他世界各地的語言寫成，所以說互聯網上的用家(即是各位)主要使用英文溝通也不為過。可是大家細想一下，互聯網上的電腦，又是怎樣互相溝通的呢？當你鍵入
https://www.google.com，為何遠在千里之外的Google伺服器，能夠與你桌上的手提電腦裏的Google Chrome溝通呢？這一切，要由互聯網誕生之初講起。
互聯網之誕生
互聯網基於不同年代發明的科技所運作，現在大家早已習慣的光纖，是由光纖之父高錕於1966年最早提出光纖可以作為長距離高速通信的媒介，爾後有其他科學家再實作出可以傳輸資訊的光纖；而最早將多部電腦作為網絡連接的實驗，是美國於六零年代研發的ARPA網，及至七十年代已有歐洲的電腦包括在網絡中，大家可能聽過的TCP/IP，正正是由ARPA網於1983年所發展出來。最後一部份，由添‧柏納斯‧李發明了HTML、HTTP。最早的互聯網就終告成形。以下是一張顯示現代互聯網所基於的協定。
上圖所顯示的，其實不同協定所堆疊出來的TCP/IP模型。協定(Protocol)就是一個通訊中兩方面都能理解的溝通型式，最形像化的例子，就
是兩方面中間的共同語言，正因整個模型是互聯網運作之基本組成部份，因此又名作互聯網協議(Internet Suite)。
TCP／IP其實包括TCP、IP兩種協定，分別份屬傳輸層(Transport Layer)、網絡層(Internet Layer)，HTTP(超文本傳輸協定)。則屬於上面應用層(Application Layer)。
科技詞語解釋： 以上各種不同的層，概念相當抽象，即使大家直接閱讀維基百科也不易理解，理解的最佳方法，是以大家每季都要收到的水費單作為例子。
- 應用層(Application Layer)： 應用層就是當水務局計算了陳大文先生今季的水費，將水費單郵寄給陳大文先生。
- 傳輸層(Transport Layer)： 傳輸層就是郵差，專責將水務局的信件送到陳大文家中信箱。
- 網絡層(Internet Layer)： 網絡層就是郵寄地址，信件上必須寫好郵寄地址，才能準確送達。
- 連結層(Link Layer)： 連結層指的就是街道上的郵箱、陳大文大廈的郵箱，沒有郵箱，陳大文也不能收到水費單了。
由此例子可見，應用層關注的是最抽象將水費單送到陳大文手上，不會關心陳大文家中是否有郵箱。傳輸層也只會送信，信中內容，不管是律師信還是水費單，郵差也不在乎。
網絡層着重的是地址清晰及唯一，因此地址要寫成像荃灣海盛路11號One Midtown 27樓15-16室，不可以只寫成荃灣，不然信就送不到陳大文手上。連結層着重的
是硬件上是否無礙，郵箱爛了，就無法寄信。 每上一層，愈抽象；每下一層，愈具體。
愈抽象，則愈接近日常應用；愈具體，平時就不為人所見(你對上一次看過郵差正好派信給你是何時？)
要理解這個複雜的模型，由最上層的HTTP開始理解，就再好不過。TCP/IP將留待以後解釋。
HTTP
比較下面的傳輸層、網絡層，HTTP算是相當廣為人知，大家上網的網址前，都有http://或是https://的字樣，例如大家常去的https://www.google.com前面就有https://。HTTP的全名，是Hypertext Transfer Protocol，中文就是超文本傳輸協定。超文本的意思，就是指HTML，因為HTML的全名就是Hypertext Markup Language(超文本標記語言)，而整個HTTP的運作方式都為了從伺服器將HTML及其他資料傳輸到瀏覽器之內，因此事如其名，是有其因由。
HTTP的運作方法並不複雜，上圖就將整個過程，由輸入網址開始，直至網站就緒，分為五大部份
1. 用戶於瀏覽器鍵入URL(全名是Uniform Resource Locator)，通常URL都會有以下的格式
http://host:port/path/file
http://tecky.io:1234/
所謂Host(主機)就像大廈名，port就像單位名稱，一棟大廈可以有很多單位，同理一部主機也有很多不同的port，最常見的port就是80。
平常大家上網的時候，很少會真正看見:port的身影，如果沒有寫下像上邊tecky.io:1234的例子一樣寫下port，瀏覽器就會預設為80。
而對於https://開頭的網站來說，port就是443。
2. 瀏覽器送出一個HTTP請求(HTTP Request)
HTTP請求的格式非常簡單，因為HTTP是一個文字為主(Text Based)的協定，以下是一個HTTP請求的例子。
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
User-Agent: curl/7.58.0
Accept: */* en-US,en;q=0.9,zh-TW;q=0.8,zh;q=0.7
請求(Request)包含了瀏覽器傳送給伺服器的資訊，元數據(Metadata)例如語言、日期等則會放到HTTP標頭(Header)之中，而其他資訊則會放到
HTTP正文(Body)之中。當大家上載圖片時，圖片的內容就是放在正文之中。而大家經常於不同網站登入登出，該登入之狀態則是由一個
叫cookie的標頭所儲存，這正正是為何於公共地方使用無加密Wifi不安全，因為標頭資料可以輕易被竊取。
3. 伺服器將URL映射到伺服器程式
伺服器程式(Server Software)與伺服器(Server)是常常被混用的兩個詞語，一般來說，伺服器指的是硬件，而伺服器程式指的就是在硬件運行專為了回答HTTP請求的軟件，因為此程式設計師常常會用Server一詞借代Server Software。PHP、NodeJS、Java、Python都是編寫伺服器程式常用的程式語言。而編寫此類軟件時，也常常需要不同的框架，較受歡迎的有:Express、Laravel、Django等。
伺服器程式普遍都會接駁到資料庫，以儲存用戶之資料。
4. 伺服器傳回一個HTTP答覆
伺服器根據請求內容的不同，回覆不同的HTTP答覆(Response)，像請求一樣，HTTP答覆一樣有正文(Body)及標頭(Header)之分。通常網站會將內容放到正文之內。而同樣屬於元數據的資訊則會放到標頭之中。對應上面向Google的請求，以下正是由Google 伺服器而來的答覆：
HTTP/1.1 200 OK
Date: Mon, 25 Feb 2019 03:03:15 GMT
Expires: -1
Cache-Control: private, max-age=0
Content-Type: text/html; charset=ISO-8859-1
P3P: CP="This is not a P3P policy! See g.co/p3phelp for more info."
Server: gws
X-XSS-Protection: 1; mode=block
X-Frame-Options: SAMEORIGIN
Accept-Ranges: none
Vary: Accept-Encoding
Transfer-Encoding: chunked
<!doctype html><html ...
答覆上面的是標頭，以下的是正文，正文由於實在太長，故此省略從簡，正文的內容，正是以HTML格式寫成。
5. 瀏覽器讀取答覆，顯示網站
瀏覽器讀取了答覆，根據HTML的規則，將整個網站顯示出來，就成了大家習以為常的Google 搜尋器版面。
因此，簡簡單單的顯示一個網頁，確實蘊含着過去幾十年人類資訊科技發展的結晶，殊不簡單。
HTTP的版本
有甚麼比理解HTTP的運作方式更困難？就是要理解三個HTTP的運作方式。HTTP最常用的版本是HTTP/1.1也就是1.1版本，於1999年由互聯網協會所公佈。而及至2014年，又再發佈了HTTP/2作為最新的實作標準，要發佈新的標準，是因為現今的網站，與上世紀九十年代，已大相逕庭。HTTP/2的製定主要為了改善大網站載入速度較慢的問題，減少所需的請求數，節省載入時間，從而改善用戶體驗。而很多現有支援HTTP/2的伺服器及客戶端都原生支援加密通信，令互聯網更安全。
HTTP/2才支援了不久，出現在大家視野的，還有HTTP/3，HTTP/3最早由Google的工程師所開發，希望更進一步改善傳輸速度及於協定中提供安全保護。在2015年就已經開始了標準化的工作。
總結
科技的發展，除了硬件愈來愈快，體積愈來愈小，效率愈來愈高之外，常常被人忽略的，其實是範式轉移(Paradigm Shift)，HTTP的發展，正是隨著大家對網上應用(Web Application)的理解日益進步，才有今日的成果。大家下次瀏覽你最愛的網站，不妨停下來，想一想沒有HTTP、互聯網的世界，會是多麼的不同。
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