Hypertext Transfer Protocol

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Hypertext Transfer Protocol (HTTP) - Protokoll zur Übertragung von Daten auf der Anwendungsschicht

Beschreibung

Hypertext-Übertragungsprotokoll
  • 1991
  • zustandslos
  • Protokoll zur Übertragung von Daten auf der Anwendungsschicht

Es wird hauptsächlich eingesetzt, um Webseiten (Hypertext-Dokumente) aus dem World Wide Web (WWW) in einen Webbrowser zu laden

  • Es ist jedoch nicht prinzipiell darauf beschränkt und auch als allgemeines Dateiübertragungsprotokoll sehr verbreitet

Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) ist ein

Webseiten
  • Es wird hauptsächlich eingesetzt, um Webseiten (Hypertext-Dokumente) aus dem World Wide Web (WWW) in einen Webbrowser zu laden
  • Es ist jedoch nicht prinzipiell darauf beschränkt und auch als allgemeines Dateiübertragungsprotokoll sehr verbreitet
HTTP wurde von der Internet Engineering Task Force (IETF) und dem World Wide Web Consortium (W3C) standardisiert
  • Aktuelle Version ist HTTP/3, welche als RFC 9114 im Juni 2022 veröffentlicht wurde
  • Die Weiterentwicklung wird von der HTTP-Arbeitsgruppe der IETF (HTTPbis) organisiert
Ergänzende und aufbauende Standards
  • HTTPS für die Kryptografie übertragener Inhalte
  • WebDAV Übertragungsprotokoll

Eigenschaften

Nach etablierten Schichtenmodellen zur Einordnung von Netzwerkprotokollen nach ihren grundlegenderen oder abstrakteren Aufgaben wird HTTP der sogenannten Anwendungsschicht zugeordnet

HTTP ist ein zustandsloses Protokoll

  • Informationen aus früheren Anforderungen gehen verloren
  • Ein zuverlässiges Mitführen von Sitzungsdaten kann erst auf der Anwendungsschicht durch eine Sitzung über einen Sitzungsbezeichner implementiert werden

Über Cookies in den Header-Informationen können aber Anwendungen realisiert werden, die Statusinformationen (Benutzereinträge, Warenkörbe) zuordnen können

Durch Erweiterung seiner Anfragemethoden, Header-Informationen und Statuscodes ist HTTP nicht auf Hypertext beschränkt, sondern wird zunehmend zum Austausch beliebiger Daten verwendet, außerdem ist es Grundlage des auf Dateiübertragung spezialisierten Protokolls WebDAV

Derzeit werden hauptsächlich zwei Protokollversionen, HTTP/1.0 und HTTP/1.1, verwendet

Aufbau

Die Kommunikationseinheiten in HTTP zwischen Client und Server werden als Nachrichten bezeichnet, von denen es zwei unterschiedliche Arten gibt: die Anfrage (englisch Request) vom Client an den Server und die Antwort (englisch Response) als Reaktion darauf vom Server zum Client

Jede Nachricht besteht dabei aus zwei Teilen, dem Nachrichtenkopf (englisch Message Header, kurz: Header oder auch HTTP-Header genannt) und dem Nachrichtenrumpf (englisch Message Body, kurz: Body)

  • Der Nachrichtenkopf enthält Informationen über den Nachrichtenrumpf wie etwa verwendete Kodierungen oder den Inhaltstyp, damit dieser vom Empfänger korrekt interpretiert werden kann (siehe Hauptartikel: Liste der HTTP-Headerfelder)
  • Der Nachrichtenrumpf enthält schließlich die Nutzdaten

Funktion

Beispiel einer Transaktion mit Telnet

Wenn in einem Web Browser der Link zur URL http://www.example.net/infotext.html aktiviert wird, so wird an den Rechner mit dem Hostnamen www.example.net die Anfrage gerichtet, die Ressource /infotext.html zurückzusenden

Der Name www.example.net wird dabei zuerst über das DNS-Protokoll in eine IP-Adresse umgesetzt

  • Zur Übertragung wird über TCP auf den Standard-Port 80 des HTTP-Servers eine HTTP-GET-Anforderung gesendet
Anfrage
GET /infotext.html HTTP/1.1
Host: www.example.net

Enthält der Link Zeichen, die in der Anfrage nicht erlaubt sind, werden diese %-kodiert

  • Zusätzliche Informationen wie Angaben über den Browser, zur gewünschten Sprache etc
  • können über den Header (Kopfzeilen) in jeder HTTP-Kommunikation übertragen werden
  • Mit dem „Host“-Feld lassen sich verschiedene DNS-Namen unter der gleichen IP-Adresse unterscheiden
  • Unter HTTP/1.0 ist es optional, unter HTTP/1.1 jedoch erforderlich
  • Sobald der Header mit einer Leerzeile (beziehungsweise zwei aufeinanderfolgenden Zeilenenden) abgeschlossen wird, sendet der Rechner, der einen Web-Server (an Port 80) betreibt, seinerseits eine HTTP-Antwort zurück
  • Diese besteht aus den Header-Informationen des Servers, einer Leerzeile und dem tatsächlichen Inhalt der Nachricht, also dem Dateiinhalt der infotext.html-Datei. Übertragen werden Dateien normalerweise in Seitenbeschreibungssprachen wie (X)HTML und alle ihre Ergänzungen, zum Beispiel Bilder, Stylesheets (CSS), Skripte (JavaScript) usw., die meistens von einem Browser in einer lesbaren Darstellung miteinander verbunden werden
  • Prinzipiell kann jede Datei in jedem beliebigen Format übertragen werden, wobei die „Datei“ auch dynamisch generiert werden kann und nicht auf dem Server als physische Datei vorhanden zu sein braucht (zum Beispiel bei Anwendung von CGI, SSI, JSP, PHP oder ASP.NET)

Jede Zeile im Header wird durch den Zeilenumbruch <CR><LF> abgeschlossen

  • Die Leerzeile nach dem Header darf nur aus <CR><LF>, ohne eingeschlossenes Leerzeichen, bestehen
Antwort
HTTP/1.1 200 OK
Server: Apache/1.3.29 (Unix) PHP/4.3.4
Content-Length: 123456 (Größe von infotext.html in Byte)
Content-Language: de (nach RFC 3282 sowie RFC 1766)
Connection: close
Content-Type: text/html

(Inhalt von infotext.html)

Der Server sendet eine Fehlermeldung sowie einen Fehlercode zurück, wenn die Information aus irgendeinem Grund nicht gesendet werden kann, allerdings werden auch dann Statuscodes verwendet, wenn die Anfrage erfolgreich war, in dem Falle (meistens) 200 OK

  • Der genaue Ablauf dieses Vorgangs (Anfrage und Antwort) ist in der HTTP-Spezifikation festgelegt

Methoden

Hypertext Transfer Protocol/Methoden

Statuscodes

HTTP/Statuscode

HTTP-Authentifizierung

HTTP/Authentifizierung

Kompression

Datenmenge verringern

Um die übertragene Datenmenge zu verringern, kann ein HTTP-Server seine Antworten komprimieren

  • Ein Client muss bei einer Anfrage mitteilen, welche Kompressionsverfahren er verarbeiten kann
  • Dazu dient der Header Accept-Encoding (etwa Accept-Encoding: gzip, deflate)
  • Der Server kann dann die Antwort mit einem vom Client unterstützten Verfahren komprimieren und gibt im Header Content-Encoding das verwendete Kompressionsverfahren an
  • HTTP-Kompression spart vor allem bei textuellen Daten (HTML, XHTML, CSS, Javascript-Code, XML, JSON) erhebliche Datenmengen, da sich diese gut komprimieren lassen
  • Bei bereits komprimierten Daten (etwa gängige Formate für Bilder, Audio und Video) ist die (erneute) Kompression nutzlos und wird daher üblicherweise nicht benutzt
Kompressionsangriffe

In Verbindung mit einer mit TLS verschlüsselten Kommunikation führt die Komprimierung allerdings zum BREACH-Exploit, wodurch die Kryptografie gebrochen werden kann

Versionen

Version Beschreibung
0.9
1.0
1.1
2
3

HTTP/0.9

Sir Tim Berners-Lee gilt als Begründer des Webs und entwickelte auch HTTP mit.

Ab 1989 entwickelten Tim Berners-Lee und sein Team am CERN, dem europäischen Kernforschungszentrum in der Schweiz, das Hypertext Transfer Protocol, zusammen mit den Konzepten URL und HTML, womit die Grundlagen des World Wide Web geschaffen wurden. Erste Ergebnisse dieser Bemühungen war 1991 die Version HTTP 0.9

HTTP/1.0

Die im Mai 1996 als RFC 1945 (Request for Comments Nr. 1945) publizierte Anforderung ist als HTTP/1.0 bekannt geworden Bei HTTP/1.0 wird vor jeder Anfrage eine neue TCP-Verbindung aufgebaut und nach Übertragung der Antwort standardmäßig vom Server wieder geschlossen

  • Sind in ein HTML-Dokument beispielsweise zehn Bilder eingebettet, so werden insgesamt elf TCP-Verbindungen benötigt, um die Seite auf einem grafikfähigen Browser aufzubauen

HTTP/1.1

1999 wurde eine zweite Anforderung als RFC 2616 publiziert, die den HTTP/1.1-Standard wiedergibt Bei HTTP/1.1 kann ein Client durch einen zusätzlichen Headereintrag (Keepalive) den Wunsch äußern, keinen Verbindungsabbau durchzuführen, um die Verbindung erneut nutzen zu können (persistent connection)

  • Die Unterstützung auf Serverseite ist jedoch optional und kann in Verbindung mit Proxys Probleme bereiten
  • Mittels HTTP-Pipelining können in der Version 1.1 mehrere Anfragen und Antworten pro TCP-Verbindung gesendet werden
  • Für das HTML-Dokument mit zehn Bildern wird so nur eine TCP-Verbindung benötigt
  • Da die Geschwindigkeit von TCP-Verbindungen zu Beginn durch Verwendung des Slow-Start-Algorithmus recht gering ist, wird so die Ladezeit für die gesamte Seite signifikant verkürzt
  • Zusätzlich können bei HTTP/1.1 abgebrochene Übertragungen fortgesetzt werden

Eine Möglichkeit zum Einsatz von HTTP/1.1 in Chats ist die Verwendung des MIME-Typs multipart/replace, bei dem der Browser nach Senden eines Boundary-Codes und eines neuerlichen Content-Length-Headerfeldes sowie eines neuen Content-Type-Headerfeldes den Inhalt des Browserfensters neu aufbaut

Mit HTTP/1.1 ist es neben dem Abholen von Daten auch möglich, Daten zum Server zu übertragen

  • Mit Hilfe der PUT-Methode können so Webdesigner ihre Seiten direkt über den Webserver per WebDAV publizieren und mit der DELETE-Methode ist es ihnen möglich, Daten vom Server zu löschen
  • Außerdem bietet HTTP/1.1 eine TRACE-Methode, mit der der Weg zum Webserver verfolgt und überprüft werden kann, ob die Daten korrekt dorthin übertragen werden
  • Damit ergibt sich die Möglichkeit, den Weg zum Webserver über die verschiedenen Proxys hinweg zu ermitteln, ein traceroute auf Anwendungsebene

Aufgrund von Unstimmigkeiten und Unklarheiten wurde 2007 eine Arbeitsgruppe gestartet, die die Spezifikation verbessern sollte

  • Ziel war hier lediglich eine klarere Formulierung, neue Funktionen wurden nicht eingebaut
  • Dieser Prozess wurde 2014 beendet und führte zu sechs neuen RFCs:
  • RFC 7230 – HTTP/1.1: Message Syntax and Routing
  • RFC 7231 – HTTP/1.1: Semantics and Content
  • RFC 7232 – HTTP/1.1: Conditional Requests
  • RFC 7233 – HTTP/1.1: Range Requests
  • RFC 7234 – HTTP/1.1: Caching
  • RFC 7235 – HTTP/1.1: Authentication

HTTP/2

Im Mai 2015 wurde von der IETF HTTP/2 als Nachfolger von HTTP/1.1 verabschiedet

  • Der Standard ist durch RFC 7540 und RFC 7541 spezifiziert. Die Entwicklung war maßgeblich von Google (SPDY) und Microsoft (HTTP Speed+Mobility) mit jeweils eigenen Vorschlägen vorangetrieben worden
  • Ein erster Entwurf, der sich weitgehend an SPDY anlehnte, war im November 2012 publiziert und seither in mehreren Schritten angepasst worden

Mit HTTP/2 soll die Übertragung beschleunigt und optimiert werden. Dabei soll der neue Standard jedoch vollständig abwärtskompatibel zu HTTP/1.1 sein

Wichtige neue Möglichkeiten sind

  • die Möglichkeit des Zusammenfassens mehrerer Anfragen
  • weitergehende Datenkompressionsmöglichkeiten
  • die binär kodierte Übertragung von Inhalten und
  • Server-initiierte Datenübertragungen (push-Verfahren)
  • einzelne Streams lassen sich priorisieren

Eine Beschleunigung ergibt sich hauptsächlich aus der neuen Möglichkeit des Zusammenfassens (Multiplex) mehrerer Anfragen, um sie über eine Verbindung abwickeln zu können Die Datenkompression kann nun (mittels neuem Spezialalgorithmus namens HPACK) auch Kopfdaten mit einschließen Inhalte können binär kodiert übertragen werden Um nicht auf serverseitig vorhersehbare Folgeanforderungen vom Client warten zu müssen, können Datenübertragungen teilweise vom Server initiiert werden (push-Verfahren) Durch die Verwendung von HTTP/2 können Webseitenbetreiber die Latenz zwischen Client und Server verringern und die Netzwerkhardware entlasten

Die ursprünglich geplante Option, dass HTTP/2 standardmäßig TLS nutzt, wurde nicht umgesetzt

  • Allerdings kündigten die Browser-Hersteller Google und Mozilla an, dass ihre Webbrowser nur verschlüsselte HTTP/2-Verbindungen unterstützen werden
  • Dafür ist ALPN eine Kryptografies-Erweiterung, die TLSv1.2 oder neuer braucht

HTTP/2 wird von den meisten Browsern unterstützt, darunter Google Chrome (inkl. Chrome unter iOS und Android) ab Version 41, Mozilla Firefox ab Version 36, Internet Explorer 11 unter Windows 10, Opera ab Version 28 (sowie Opera Mobile ab Version 24) und Safari ab Version 8

HTTP/3

QUIC setzt nicht mehr auf das verbindungsorientierte TCP, sondern auf das verbindungslose User Datagram Protocol (UDP)

  • Auch bei dem darauf aufbauenden HTTP/3 werden Datenströme getrennt verarbeitet
  • Geht ein Paket unterwegs verloren, betrifft es nicht mehr alle Datenströme, wie es bei TCP der Fall ist
  • Bei HTTP/3 wird der betroffene Strom warten, bis das fehlende Paket eintrifft
  • HTTP/3 ist generell verschlüsselt und verspricht deutliche Geschwindigkeitsvorteile

Entwicklung

Im Juni 2022 wurde HTTP/3 als RFC 9114 standardisiert

  • Im November 2018 wurde von der IETF beschlossen, dass HTTP/3 QUIC verwenden solle
  • Google arbeitet schon seit 2012 an einer Alternative unter dem Namen QUIC

Google Chrome Canary war ab Mitte 2019 der erste verfügbare Browser, der eine experimentelle #QUIC- und HTTP/3-Unterstützung integriert hatte. cURL zog bald nach

  • Die Vorab-Versionen von Firefox (nightly und beta) versuchen seit April 2021 automatisch, HTTP/3 zu verwenden, wenn es vom Webserver (derzeit z.B Google oder Facebook) angeboten wird
  • Webserver können die Unterstützung anzeigen, indem sie den Alt-Svc-Antwortheader verwenden oder die HTTP/3-Unterstützung mit einem HTTPS-DNS-Eintrag ankündigen
  • Sowohl der Client als auch der Server müssen dieselbe QUIC- und HTTP/3-Entwurfsversion unterstützen, um sich verbinden zu können
  • Firefox unterstützt beispielsweise derzeit die Entwürfe 27 bis 32 der Spezifikation, sodass der Server die Unterstützung einer dieser Versionen (z. B. „h3-32“) im Alt-Svc- oder HTTPS-Eintrag melden muss, damit Firefox versucht, QUIC und HTTP/3 mit diesem Server zu verwenden
  • Beim Besuch einer solchen Website sollte in den Netzwerkanforderungsinformationen darauf hingewiesen werden, dass HTTP/3 verwendet wird

Anhang

Siehe auch

Dokumentation

RFC Titel
2616 HTTP/1.1
9113 HTTP/2
9114 HTTP/3
7541 Header Compression
7230 Message Syntax and Routing
7231 Semantics and Content
7232 Conditional Requests
7233 Range Requests
7234 Caching
7235 Authentication
Weblinks
  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol
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