Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

использования называется кэшированием (caching). Преимущество этого метода в том, что страница, сохраненная в кэше, может быть использована снова, при этом не обязательно повторять передачу. У HTTP есть встроенная поддержка кэширования, чтобы помочь клиентам узнать, могут ли они безопасно использовать страницы повторно. Эта поддержка повышает производительность, сокращая и трафик, и время ожидания. Недостаток в том, что теперь браузер должен хранить страницы, но это почти всегда оправданно, так как локальное хранение информации не требует серьезных затрат ресурсов. Обычно страницы хранятся на диске, так что они могут быть использованы, когда браузер будет запущен в следующий раз.

С HTTP-кэшированием связан непростой вопрос: как определить, что сохраненная копия страницы соответствует тому, как она будет выглядеть при следующем вызове. Такой вывод не может быть сделан только на основании совпадения URL. Допустим, URL ведет на страницу с последними новостями. Этот контент будет постоянно обновляться, хотя URL останется тем же. Если же на странице содержится список богов греческой и римской мифологии, она будет меняться гораздо реже.

HTTP использует две стратегии решения этой проблемы. Они отображены на илл. 7.28 как формы обработки между запросом (шаг 1) и ответом (шаг 5). Первая стратегия — это проверка действительности страницы (шаг 2). Запрашивается кэш, и если в нем есть свежая (то есть действительная) копия страницы заданного URL, получать новую копию с сервера нет необходимости. Вместо этого сохраненная в кэше страница может быть возвращена напрямую. Когда кэшированная страница была первоначально получена с сервера, вместе с ней был получен заголовок Expires. Его содержание, а также текущие дата и время используются, чтобы сделать заключение о действительности страницы.

Илл. 7.28. Кэширование HTTP

Однако не все страницы приходят с удобным заголовком Expires, сообщающим, когда страница должна быть получена снова. В конце концов, строить догадки тяжело, особенно о будущем. В этом случае браузер может использовать эвристические правила. Например, если страница не была изменена за последний год (как сказано в заголовке Last-Modified), логично предположить, что она не изменится за ближайший час. Хотя гарантий нет, и этот прогноз может не оправдаться. Например, биржа может закрыться на ночь, и ее страница не будет обновляться несколько часов, но как только начнется следующая торговая сессия, изменения будут вноситься постоянно. Таким образом, оправданность кэширования может серьезно варьироваться в зависимости от периода времени. По этой причине эвристические правила нужно использовать с осторожностью, хотя в основном они работают очень хорошо.

Обнаружение страниц, которые не были изменены за определенный промежуток времени, — наиболее выгодный способ использования кэширования, так как в этом случае не нужно связываться с сервером. К сожалению, этот подход не всегда работает. Сервер должен использовать заголовок Expires осторожно, поскольку не всегда известно, когда на странице будут внесены изменения. Таким образом, кэшированные копии могут быть свежими, но клиент этого не знает.

В этом случае используется вторая стратегия — с сервера запрашивается информация о действительности сохраненной копии страницы. Такой запрос называют GET-запросом с условием (conditional GET). Он показан на илл. 7.28 как шаг 3. Если сервер знает, что копия в кэше все еще актуальна, он может отправить короткий ответ, подтверждая это (шаг 4а). В ином случае он должен отослать полный ответ (шаг 4б).

Существует еще несколько полей заголовков, которые используются для того, чтобы сервер мог проверить, действительна ли копия на момент запроса. Клиент знает, когда на страницу были внесены последние изменения, благодаря заголовку Last-Modified. Он может выслать это время серверу, используя заголовок If-ModifiedSince, чтобы запросить страницу только в том случае, если она была изменена после последнего кэширования. О кэшировании можно было бы рассказать еще очень много, поскольку оно сильно влияет на производительность, однако мы не будем раскрывать это в нашей книге. При желании вы легко найдете множество учебных пособий на эту тему в интернете по запросу «веб-кэширование».

HTTP/1 и HTTP/1.1

Обычно при установке связи с сервером браузер устанавливает TCP-соединение с портом 443 сервера для HTTPS (или портом 80 для HTTP), хотя формально эта процедура необязательна. Ценность использования TCP в том, что ни браузерам, ни серверам не приходится беспокоиться о том, что делать со слишком длинными сообщениями, надежностью и контролем перегрузки. Все это обеспечивается протоколом TCP.

Изначально в интернете использовался протокол HTTP/1.0, и после установления соединения отсылался один запрос, на который приходил один ответ. После этого TCP-соединение разрывалось. Тогда типичная веб-страница целиком состояла из HTML-текста, и такой способ взаимодействия был подходящим. Однако вскоре рядовая веб-страница наполнилась многочисленными встроенными ссылками на различные значки и другие декоративные элементы. Установление отдельного TCP-соединения для передачи каждого значка стало слишком затратным.

Позже был создан протокол HTTP/1.1, поддерживающий постоянные соединения (persistent connection), что позволило устанавливать TCP-соединения, отправлять запросы, получать ответы, а затем передавать и принимать дополнительные запросы и ответы. Эта стратегия называется повторным использованием соединения (connection reuse). Таким образом снизились накладные расходы, возникавшие при постоянных установках и разрывах соединения. Стало возможным также конвейеризировать запросы, то есть отправлять запрос 2 еще до прибытия ответа на запрос 1.

Разница в производительности между этими тремя случаями показана на илл. 7.29. В части (а) мы видим три запроса, отсылаемых один за другим, при этом для каждого устанавливается отдельное соединение.

Предположим, что это представление страницы с двумя встроенными картинками, которые находятся на одном сервере. URL изображений определяется при получении главной страницы, так что они приходят после нее. Сегодня на среднестатистической странице присутствует около 40 других объектов, которые должны быть получены для ее отображения; но это сделало бы наш рисунок огромным. Так что в данном примере мы используем всего два встроенных объекта.

Илл. 7.29. HTTP. (а) Множественные соединения и последовательные запросы. (б) Постоянное соединение и последовательные запросы. (в) Постоянное соединение и конвейеризованные запросы

На илл. 7.29 (б) страница получена через постоянное соединение. То есть TCP-соединение открывается с самого начала, затем отсылаются те же самые три запроса, как и раньше, один за другим, и только после этого соединение закрывается. Заметьте, что загрузка завершается быстрее. Это происходит по двум причинам: во-первых, не тратится время на установление дополнительных соединений (для каждого TCP-соединения требуется дополнительное время, как минимум для его подтверждения). Во-вторых, передача тех же картинок проходит быстрее. Почему же? Все это из-за контроля перегрузок сети в TCP. Сразу после установления соединения TCP использует процедуру медленного старта, чтобы увеличить пропускную способность, пока он не изучит поведение сетевого пути. Вследствие