HTTP-ネットワーク基礎-【ネスペ】

ネスペ（NW）

インターネットでWebサイトを閲覧するとき、ブラウザとWebサーバの間では「HTTP」というプロトコルが利用されています。

ネットワークスペシャリストやCCNAなどの資格試験でも頻出の重要技術です。

本記事ではHTTPの基本からHTTP/3、QUIC、セキュリティ対策まで体系的に解説します。

HTTPとは？

HTTP（HyperText Transfer Protocol）は、WebブラウザとWebサーバ間でデータをやり取りするためのアプリケーション層プロトコルです。

例えばブラウザでURLを入力すると、

  1. ブラウザがHTTPリクエストを送信
  2. WebサーバがHTTPレスポンスを返却
  3. ブラウザがHTMLを表示

という流れで通信が行われます。

HTTPはTCP/IPのアプリケーション層で動作し、通常は以下のポート番号を利用します。

プロトコルポート番号
HTTP80
HTTPS443

HTTPの概要

HTTPメソッド

HTTPメソッドはサーバに対する操作内容を表します。

メソッド内容
GETデータ取得
POSTデータ登録
PUTデータ更新
DELETEデータ削除
PATCH一部更新
HEADヘッダー取得
OPTIONS利用可能メソッド確認

例

GET /index.html HTTP/1.1
Host: example.com

HTTPステータスコード

サーバの処理結果を表します。

1xx：情報

コード内容
100Continue

2xx：成功

コード内容
200OK
201Created

3xx：リダイレクト

コード内容
301Moved Permanently
302Found

4xx：クライアントエラー

コード内容
400Bad Request
401Unauthorized
403Forbidden
404Not Found

5xx：サーバエラー

コード内容
500Internal Server Error
503Service Unavailable

REST API

REST（Representational State Transfer）はHTTPを利用したAPI設計思想です。

操作HTTPメソッド
取得GET
登録POST
更新PUT/PATCH
削除DELETE

例：

GET /users/1

→ ユーザー情報取得

DELETE /users/1

→ ユーザー削除

HTTPヘッダー

HTTP通信に付加情報を与える領域です。

リクエストヘッダー

Host: example.com
User-Agent: Chrome
Accept: text/html

レスポンスヘッダー

Content-Type: text/html
Content-Length: 1024

Cookie

Cookieはサーバがブラウザへ保存させる小さなデータです。

利用例

  • ログイン状態維持
  • ショッピングカート
  • アクセス解析

Cookie属性

属性内容
Expires有効期限
Domain適用ドメイン
Path適用パス
SecureHTTPSのみ送信
HttpOnlyJavaScript参照禁止
SameSiteCSRF対策

例

Set-Cookie: sessionid=12345;
Secure;
HttpOnly;
SameSite=Strict

HTTPの通信シーケンス

ユーザーがWebサイトへアクセスする流れです。

ブラウザ                Webサーバ

   |----HTTP Request---->|
   |                     |
   |<---HTTP Response----|
   |                     |

実際にはDNSやTCP接続も含まれます。

DNS名前解決
      ↓
TCP接続確立
      ↓
HTTPリクエスト
      ↓
HTTPレスポンス
      ↓
TCP切断

HTTPSの場合はTCP接続後にTLSハンドシェイクが実施されます。

HTTPバージョンの違い

項目HTTP/1.1HTTP/2HTTP/3
プロトコルTCPTCPQUIC(UDP)
多重化×○○
ヘッダー圧縮×○
HoLブロッキング発生一部発生解消
通信効率低高非常に高

HTTP/1.1

HTTP/1.1では1つのTCP接続上で複数リクエストを送信できます。

HTTPパイプライン

GET A
GET B
GET C

を連続送信可能です。

しかし応答は順番に返されます。

Response A
Response B
Response C

HoLブロッキング

HoL（Head of Line）ブロッキングとは、

先頭の処理が遅延すると後続処理も待たされる現象です。

重い画像
 ↓
軽いCSS
 ↓
軽いJS

画像の取得待ちでCSSやJSも遅延します。

HTTP/2

HTTP/2はHTTP/1.1の性能問題を大幅に改善しました。

ヘッダー圧縮

HTTPでは同じヘッダーが大量に送信されます。

User-Agent
Cookie
Host

HTTP/2では圧縮して送信します。

HPACK

HPACKはHTTP/2専用のヘッダー圧縮方式です。

同じヘッダーを辞書化して再利用します。

Host: example.com
↓
Index 1

通信量を削減できます。

ストリームの多重化

HTTP/1.1

Request
 ↓
Response
 ↓
Request
 ↓
Response

HTTP/2

Stream1
Stream2
Stream3

複数通信を同時処理できます。

フロー制御

受信側が処理可能な量だけ送信させる仕組みです。

送信可能量 = Window Size

受信バッファあふれを防止します。

HTTP/3

HTTP/3ではTCPを廃止しQUICを採用しました。

QUICとは

QUICはUDP上で動作する新しい通信プロトコルです。

特徴

  • TLS統合
  • 高速接続
  • 再送遅延削減
  • HoLブロッキング解消

HTTP/2との違い

HTTP/2

TCP
 └─ Stream1
 └─ Stream2

パケットロス発生

↓

TCP全体が再送待ち

↓

全ストリーム停止

HTTP/3

QUIC
 └─ Stream1
 └─ Stream2

パケットロス発生

↓

対象ストリームのみ再送

↓

他ストリームは継続

HTTPのセキュリティ

プロキシサーバ

クライアントとサーバの中継装置です。

フォワードプロキシ

PC
 ↓
Proxy
 ↓
Internet

用途

  • キャッシュ
  • フィルタリング
  • アクセス制御

リバースプロキシ

Internet
 ↓
Proxy
 ↓
Web Server

用途

  • 負荷分散
  • SSL終端
  • サーバ隠蔽

WAF

WAF（Web Application Firewall）はWebアプリケーション専用のファイアウォールです。

防御対象

  • SQLインジェクション
  • XSS
  • CSRF
  • ディレクトリトラバーサル

通常のFWよりもHTTPの中身を詳細に解析できます。

まとめ

  • HTTPはWeb通信のためのアプリケーション層プロトコル
  • HTTP通信はリクエストとレスポンスで構成
  • REST APIはHTTPメソッドを活用する設計思想
  • Cookieはログイン状態維持などに利用
  • HTTP/1.1はHoLブロッキングが課題
  • HTTP/2はヘッダー圧縮と多重化で高速化
  • HTTP/3はQUICによりHoLブロッキングを解消
  • プロキシやWAFによってWeb通信を保護できる

確認問題

1. HTTPはOSI参照モデルの何層で動作しますか？
解答 アプリケーション層（第7層）
Q2. データ取得に使用するHTTPメソッドは何ですか？
解答 GET
Q3. Webページが正常に表示された場合の代表的なステータスコードは何ですか？
解答 200 OK
Q4. HTTP/1.1で発生するHoLブロッキングとは何ですか？
解答 先頭の処理が遅延すると後続の処理も待たされる現象
Q5. HTTP/2で導入されたヘッダー圧縮方式を何と呼びますか？
解答 HPACK
Q6. HTTP/2の性能向上を支える主要機能を2つ答えてください。
解答 ストリームの多重化、ヘッダー圧縮
Q7. HTTP/3で利用されるプロトコルは何ですか？
解答 QUIC
Q8. QUICはTCPとUDPのどちらを利用しますか？
解答 UDP
Q9. Webアプリケーションへの攻撃を防御する専用装置は何ですか？
解答 WAF
Q10. CookieのHttpOnly属性の目的は何ですか？
解答 JavaScriptからCookieを参照できないようにし、XSSによるCookie窃取を防ぐため

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