07 自己动手,搭建HTTP实验环境

这一讲是“破冰篇”的最后一讲,我会先简单地回顾一下之前的内容,然后在 Windows 系统上实际操作,用几个应用软件搭建出一个“最小化”的 HTTP 实验环境,方便后续的“基础篇”“进阶篇”“安全篇”的学习。

“破冰篇”回顾

HTTP 协议诞生于 30 年前,设计之初的目的是用来传输纯文本数据。但由于形式灵活,搭配 URI、HTML 等技术能够把互联网上的资源都联系起来,构成一个复杂的超文本系统,让人们自由地获取信息,所以得到了迅猛发展。

HTTP 有多个版本,目前应用的最广泛的是 HTTP/1.1,它几乎可以说是整个互联网的基石。但 HTTP/1.1 的性能难以满足如今的高流量网站,于是又出现了 HTTP/2 和 HTTP/3。不过这两个新版本的协议还没有完全推广开。在可预见的将来,HTTP/1.1 还会继续存在下去。

HTTP 翻译成中文是“超文本传输协议”,是一个应用层的协议,通常基于 TCP/IP,能够在网络的任意两点之间传输文字、图片、音频、视频等数据。

HTTP 协议中的两个端点称为请求方应答方。请求方通常就是 Web 浏览器,也叫 user agent,应答方是 Web 服务器,存储着网络上的大部分静态或动态的资源。

在浏览器和服务器之间还有一些“中间人”的角色,如 CDN、网关、代理等,它们也同样遵守 HTTP 协议,可以帮助用户更快速、更安全地获取资源。

HTTP 协议不是一个孤立的协议,需要下层很多其他协议的配合。最基本的是 TCP/IP,实现寻址、路由和可靠的数据传输,还有 DNS 协议实现对互联网上主机的定位查找。

对 HTTP 更准确的称呼是“HTTP over TCP/IP”,而另一个“HTTP over SSL/TLS”就是增加了安全功能的 HTTPS。

软件介绍

常言道“实践出真知”,又有俗语“光说不练是假把式”。要研究 HTTP 协议,最好有一个实际可操作、可验证的环境,通过实际的数据、现象来学习,肯定要比单纯的“动嘴皮子”效果要好的多。

现成的环境当然有,只要能用浏览器上网,就会有 HTTP 协议,就可以进行实验。但现实的网络环境又太复杂了,有很多无关的干扰因素,这些“噪音”会“淹没”真正有用的信息。

所以,我给你的建议是:搭建一个“最小化”的环境,在这个环境里仅有 HTTP 协议的两个端点:请求方和应答方,去除一切多余的环节,从而可以抓住重点,快速掌握 HTTP 的本质。

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简单说一下这个“最小化”环境用到的应用软件:

  • Wireshark
  • Chrome/Firefox
  • Telnet
  • OpenResty

Wireshark是著名的网络抓包工具,能够截获在 TCP/IP 协议栈中传输的所有流量,并按协议类型、地址、端口等任意过滤,功能非常强大,是学习网络协议的必备工具。

它就像是网络世界里的一台“高速摄像机”,把只在一瞬间发生的网络传输过程如实地“拍摄”下来,事后再“慢速回放”,让我们能够静下心来仔细地分析那一瞬到底发生了什么。

Chrome是 Google 开发的浏览器,是目前的主流浏览器之一。它不仅上网方便,也是一个很好的调试器,对 HTTP/1.1、HTTPS、HTTP/2、QUIC 等的协议都支持得非常好,用 F12 打开“开发者工具”还可以非常详细地观测 HTTP 传输全过程的各种数据。

如果你更习惯使用Firefox,那也没问题,其实它和 Chrome 功能上都差不太多,选择自己喜欢的就好。

与 Wireshark 不同,Chrome 和 Firefox 属于“事后诸葛亮”,不能观测 HTTP 传输的过程,只能看到结果。

Telnet是一个经典的虚拟终端,基于 TCP 协议远程登录主机,我们可以使用它来模拟浏览器的行为,连接服务器后手动发送 HTTP 请求,把浏览器的干扰也彻底排除,能够从最原始的层面去研究 HTTP 协议。

OpenResty你可能比较陌生,它是基于 Nginx 的一个“强化包”,里面除了 Nginx 还有一大堆有用的功能模块,不仅支持 HTTP/HTTPS,还特别集成了脚本语言 Lua 简化 Nginx 二次开发,方便快速地搭建动态网关,更能够当成应用容器来编写业务逻辑。

选择 OpenResty 而不直接用 Nginx 的原因是它相当于 Nginx 的“超集”,功能更丰富,安装部署更方便。我也会用 Lua 编写一些服务端脚本,实现简单的 Web 服务器响应逻辑,方便实验。

安装过程

这个“最小化”环境的安装过程也比较简单,大约只需要你半个小时不到的时间就能搭建完成。

我在 GitHub 上为本专栏开了一个项目:http_study,可以直接用“git clone”下载,或者去 Release 页面,下载打好的压缩包

我使用的操作环境是 Windows 10,如果你用的是 Mac 或者 Linux,可以用 VirtualBox 等虚拟机软件安装一个 Windows 虚拟机,再在里面操作。

首先你要获取最新的 http_study 项目源码,假设 clone 或解压的目录是“D:\http_study”,操作完成后大概是下图这个样子。

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Chrome 和 WireShark 的安装比较简单,一路按“下一步”就可以了。版本方面使用最新的就好,我的版本可能不是最新的,Chrome 是 73,WireShark 是 3.0.0。

Windows 10 自带 Telnet,不需要安装,但默认是不启用的,需要你稍微设置一下。

打开 Windows 的设置窗口,搜索“Telnet”,就会找到“启用或关闭 Windows 功能”,在这个窗口里找到“Telnet 客户端”,打上对钩就可以了,可以参考截图。

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接下来我们要安装 OpenResty,去它的官网,点击左边栏的“Download”,进入下载页面,下载适合你系统的版本(这里我下载的是 64 位的 1.15.8.1,包的名字是“openresty-1.15.8.1-win64.zip”)。

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然后要注意,你必须把 OpenResty 的压缩包解压到刚才的“D:\http_study”目录里,并改名为“openresty”。

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安装工作马上就要完成了,为了能够让浏览器能够使用 DNS 域名访问我们的实验环境,还要改一下本机的 hosts 文件,位置在“C:\WINDOWS\system32\drivers\etc”,在里面添加三行本机 IP 地址到测试域名的映射,你也可以参考 GitHub 项目里的 hosts 文件,这就相当于在一台物理实机上“托管”了三个虚拟主机。

127.0.0.1       www.chrono.com
127.0.0.1       www.metroid.net
127.0.0.1       origin.io

注意修改 hosts 文件需要管理员权限,直接用记事本编辑是不行的,可以切换管理员身份,或者改用其他高级编辑器,比如 Notepad++,而且改之前最好做个备份。

到这里,我们的安装工作就完成了!之后你就可以用 Wireshark、Chrome、Telnet 在这个环境里随意“折腾”,弄坏了也不要紧,只要把目录删除,再来一遍操作就能复原。

测试验证

实验环境搭建完了,但还需要把它运行起来,做一个简单的测试验证,看是否运转正常。

首先我们要启动 Web 服务器,也就是 OpenResty。

在 http_study 的“www”目录下有四个批处理文件,分别是:

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  • start:启动 OpenResty 服务器;
  • stop:停止 OpenResty 服务器;
  • reload:重启 OpenResty 服务器;
  • list:列出已经启动的 OpenResty 服务器进程。

使用鼠标双击“start”批处理文件,就会启动 OpenResty 服务器在后台运行,这个过程可能会有 Windows 防火墙的警告,选择“允许”即可。

运行后,鼠标双击“list”可以查看 OpenResty 是否已经正常启动,应该会有两个 nginx.exe 的后台进程,大概是下图的样子。

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有了 Web 服务器后,接下来我们要运行 Wireshark,开始抓包。

因为我们的实验环境运行在本机的 127.0.0.1 上,也就是 loopback“环回”地址。所以,在 Wireshark 里要选择“Npcap loopback Adapter”,过滤器选择“HTTP TCP port(80)”,即只抓取 HTTP 相关的数据包。鼠标双击开始界面里的“Npcap loopback Adapter”即可开始抓取本机上的网络数据。

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然后我们打开 Chrome,在地址栏输入“http://localhost/”,访问刚才启动的 OpenResty 服务器,就会看到一个简单的欢迎界面,如下图所示。

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这时再回头去看 Wireshark,应该会显示已经抓到了一些数据,就可以用鼠标点击工具栏里的“停止捕获”按钮告诉 Wireshark“到此为止”,不再继续抓包。

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至于这些数据是什么,表示什么含义,我会在下一讲再详细介绍。

如果你能够在自己的电脑上走到这一步,就说明“最小化”的实验环境已经搭建成功了,不要忘了实验结束后运行批处理“stop”停止 OpenResty 服务器。

小结

这次我们学习了如何在自己的电脑上搭建 HTTP 实验环境,在这里简单小结一下今天的内容。

  1. 现实的网络环境太复杂,有很多干扰因素,搭建“最小化”的环境可以快速抓住重点,掌握 HTTP 的本质;
  2. 我们选择 Wireshark 作为抓包工具,捕获在 TCP/IP 协议栈中传输的所有流量;
  3. 我们选择 Chrome 或 Firefox 浏览器作为 HTTP 协议中的 user agent;
  4. 我们选择 OpenResty 作为 Web 服务器,它是一个 Nginx 的“强化包”,功能非常丰富;
  5. Telnet 是一个命令行工具,可用来登录主机模拟浏览器操作;
  6. 在 GitHub 上可以下载到本专栏的专用项目源码,只要把 OpenResty 解压到里面即可完成实验环境的搭建。

课下作业

\1. 按照今天所学的,在你自己的电脑上搭建出这个 HTTP 实验环境并测试验证。

\2. 由于篇幅所限,我无法详细介绍 Wireshark,你有时间可以再上网搜索 Wireshark 相关的资料,了解更多的用法。

欢迎你把自己的学习体会写在留言区,与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获,也欢迎把文章分享给你的朋友。

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