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HTTP2 帧基础知识以及Header、CONTINUATION、DATA帧相关资料

时间：02-14来源：作者：点击数：

HTTP2于2015年2月28日正式通过IETF组织批准发布，正式定稿。有关它的内容可以参考： HTTP2 概述

在HTTP2 的网络通讯中， Frame 是通讯中的最小传输单位，至少含有一个 Frame header，能够表示它属于哪一个 Stream。一个具体的请求类似如下：

HTTP2 帧基础知识以及Header、CONTINUATION、DATA帧相关资料：_Data

HTTP/2 帧通用格式：

帧头+负载的比特位通用结构：

HTTP2 帧基础知识以及Header、CONTINUATION、DATA帧相关资料：_优先级_02

帧头为固定的9个字节（(24+8+8+1+31)/8=9）呈现，变化的为帧的负载(Frame Payload)，负载内容是由帧类型（Type）定义。

HTTP2 帧基础知识以及Header、CONTINUATION、DATA帧相关资料：_优先级_03

帧长度Length：无符号的自然数，24个比特表示，仅表示帧负载（Frame Payload）所占用字节数，不包括帧头所占用的9个字节。
默认大小区间为为0~16,384(2^14)，一旦超过默认最大值2^14(16384)，发送方将不再允许发送，除非接收到接收方定义的SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE（一般此值区间为2^14 ~ 2^24）值的通知。
帧类型Type：8个比特表示，定义了帧负载的具体格式和帧的语义，HTTP/2规范定义了10个帧类型，这里不包括实验类型帧和扩展类型帧
帧的标志位Flags：8个比特表示，服务于具体帧类型，默认值为0x0。
有一个小技巧需要注意，一般来讲，8个比特可以容纳8个不同的标志，比如，PADDED值为0x8，二进制表示为00001000；END_HEADERS值为0x4，二进制表示为00000100；END_STREAM值为0X1，二进制为00000001。可以同时在一个字节中传达三种标志位，二进制表示为00001101，即0x13。因此，后面的帧结构中，标志位一般会使用8个比特表示，若某位不确定，使用问号?替代，表示此处可能会被设置标志位
帧保留比特为R：在HTTP/2语境下为保留的比特位，固定值为0X0
流标识符Stream Identifier：无符号的31比特表示无符号自然数。0x0值表示为帧仅作用于连接，不隶属于单独的流。

关于帧长度，需要稍加关注： - 0 ~ 2^14（16384）为默认约定长度，所有端点都需要遵守 - 2^14 (16,384) ~ 2^24-1(16,777,215)此区间数值，需要接收方设置SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE参数单独赋值 - 一端接收到的帧长度超过设定上限或帧太小，需要发送FRAME_SIZE_ERR错误 - 当帧长错误会影响到整个连接状态时，须以连接错误对待之；比如HEADERS，PUSH_PROMISE，CONTINUATION，SETTINGS，以及帧标识符不该为0的帧等，都需要如此处理 - 任一端都没有义务必须使用完一个帧的所有可用空间 - 大帧可能会导致延迟，针对时间敏感的帧，比如RST_STREAM, WINDOW_UPDATE, PRIORITY，需要快速发送出去，以免延迟导致性能等问题

HTTP2 的帧包含下面几种类型，对应上图的Type区域定义。

Frame Type Code
DATA 0x0
HEADERS 0x1
PRIORITY 0x2
RST_STREAM 0x3
SETTINGS 0x4
PUSH_PROMISE 0x5
PING 0x6
GOAWAY 0x7
WINDOW_UPDATE 0x8
CONTINUATION 0x9

参考：

HTTP/2 frame format

帧的标志位（Flags）含义如下图：

图来自： http://search.cpan.org/~crux/Protocol-HTTP2-0.14/lib/Protocol/HTTP2/Frame.pm

HTTP2 帧基础知识以及Header、CONTINUATION、DATA帧相关资料：_字段_04

案例：

假设我们要发送 0x12345678，流编号为 10 ，类型为DATA，那么这个Frame的16进制表达就是：

'000004' + '00' + '00' + '0000000A' +   '12345678'

HTTP2 的 Header 帧

HTTP2的 HEADER帧的格式如下：

HTTP2 帧基础知识以及Header、CONTINUATION、DATA帧相关资料：_字段_05

对应的字段列表说明如下：

- Pad Length：受制于PADDED标志控制是否显示，8个比特表示填充的字节数。可选。Flags:PADDED 设置后要求有此字段

- E：一个比特表示流依赖是否专用，可选项，只在流优先级PRIORITY被设置时有效可选。Flags:PRIORITY 设置后要有此字段

- Stream Dependency：31个比特表示流依赖，只在流优先级PRIORITY被设置时有效可选。Flags:PRIORITY 设置后要有此字段

- Weight：8个比特（一个字节）表示无符号的自然数流优先级，值范围自然是(1~256)，或称之为权重。只在流优先级PRIORITY被设置时有效这个字段是可选的，并且只在优先级标记设置的情况下才呈现。

- Header Block Fragment：报头块分片

- Padding：填充的字节，受制于PADDED标志控制是否显示，长度由Pad Length字段决定

注意，只有 Header Block Fragment 是必须的，其他都看帧的标志位Flags 是否设置要有。

所需标志位：

END_STREAM (0x1): 报头块为最后一个，意味着流的结束。
END_HEADERS (0x4): 此报头帧不需分片，完整的一个帧。后续不再需要CONTINUATION帧帮忙凑齐。若没有此标志的HEADER帧，后续帧必须是以CONTINUATION帧传递在当前的流中，否则接收者需要响应PROTOCOL_ERROR类型的连接错误。
PADDED (0x8): 需要填充的标志
PRIORITY (0x20): 优先级标志位，控制独立标志位E，流依赖，和流权重。

注意事项：

- 其负载为报头块分片，若内容过大，需要借助于CONTINUATION帧继续传输。若流标识符为0x0，结束段需要返回PROTOCOL_ERROR连接异常。HEADERS帧包含优先级信息是为了避免潜在的不同流之间优先级顺序的干扰。

- 其实一般来讲，报文头部不大的情况下，一个HEADERS就可以完成了，特殊情况就是Cookie字段超过16KiB大小，不常见。

HTTP2的 CONTINUATION 帧

HTTP2的 CONTINUATION 帧的格式如下：

HTTP2 帧基础知识以及Header、CONTINUATION、DATA帧相关资料：_Data_06

字段列表：

- Header Block Fragment，用于协助HEADERS/PUSH_PROMISE等单帧无法包含完整的报头剩余部分数据。

注意事项：

- 一个HEADERS/PUSH_PROMISE帧后面会跟随零个或多个CONTINUATION，只要上一个帧没有设置END_HEADERS标志位，就不算一个帧完整数据的结束。

- 接收端处理此种情况，从开始的HEADERS/PUSH_PROMISE帧到最后一个包含有END_HEADERS标志位帧结束，合并的数据才算是一份完整数据拷贝

- 在HEADERS/PUSH_PROMISE（没有END_HEADERS标志位）和CONTINUATION帧中间，是不能够掺杂其它帧的，否则需要报PROTOCOL_ERROR错误

标志位： * END_HEADERS(0X4)：表示报头块的最后一个帧，否则后面还会跟随CONTINUATION帧。

HTTP2的 Data帧

一个或多个DATA帧作为请求、响应内容载体，较为完整的结构如下：

字段：

Pad Length: 一个字节表示填充的字节长度。取决于PADDED标志是否被设置.
Data: 这里是应用数据，真正大小需要减去其他字段（比如填充长度和填充内容）长度。
* Padding: 填充内容为若干个0x0字节，受PADDED标志控制是否显示。接收端处理时可忽略验证填充内容。若验证，可以对非0x0内容填充回应PROTOCOL_ERROR类型连接异常。

标志位：