Guide HTTP/2

Le protocole HTTP/2

HTTP/2 est une évolution du protocole de la couche application le plus utilisé au monde, HTTP. Cette évolution permet en particulier une utilisation plus efficace des ressources réseau. Il ne modifie pas les aspects fondamentaux de HTTP (sa sémantique). Entre autres, il y a toujours des requêtes, des réponses et des en-têtes. Par conséquent, si vous connaissez HTTP/1, vous connaissez déjà 95% de HTTP/2.

Beaucoup a déjà été écrit à propos de HTTP/2 et de son fonctionnement. La documentation la plus officielle est bien entendu sa RFC 7540 (ou cette version au format plus lisible). Vous trouverez ici une description des rouages de HTTP/2 dans leurs moindres détails.

Le premier document à lire lorsqu'on ne connaît pas un mécanisme n'est cependant pas sa RFC. Il est préférable de comprendre tout d'abord ce que ce mécanisme est censé faire, et seulement ensuite de lire sa RFC pour comprendre comment il fonctionne. http2 explained de Daniel Stenberg (l'auteur de curl) est un bien meilleur document pour démarrer l'étude de HTTP/2. En outre, de nouveaux langages s'ajoutent régulièrement à sa liste de traductions disponibles !

Si vous n'avez pas envie de le lire parce que vous le trouvez trop long, voici certains pièges à éviter et nouveaux termes à connaître avant de lire ce document :

• A la différence de HTTP/1 qui est en texte pur, HTTP/2 est un protocole binaire, et alors que le premier est lisible par un humain (par exemple pour sniffer le trafic réseau), le second ne l'est pas. Voir la FAQ officielle pour plus de détails.
• h2 correspond à HTTP/2 sur TLS (négociation de protocole via ALPN).
• h2c correspond à HTTP/2 sur TCP.
• Une frame ou trame est la plus petite unité de communication au sein d'une connexion HTTP/2 et comporte une en-tête et une séquence d'octets de longueur variable dont la structure correspond au type de trame. Voir la section correspondante de la documentation officielle pour plus de détails.
• Un stream est un flux bidirectionnel de frames au sein d'une connexion HTTP/2. La notion correspondante dans HTTP/1 est un échange de messages de type requête et réponse. Voir la section correspondante de la documentation officielle pour plus de détails.
• HTTP/2 peut gérer plusieurs streams de données sur la même connexion TCP, ce qui permet d'éviter le point de blocage classique de HTTP/1 pour les requêtes lentes, et de ne pas avoir à ouvrir de nouvelles connexions TCP pour chaque requête/réponse (les connexions persistantes ou KeepAlive avaient contourné le problème dans HTTP/1 mais ne l'avaient pas entièrement résolu)

HTTP/2 dans Apache httpd

Le protocole HTTP/2 est implémenté dans Apache httpd via un module propre, pertinemment nommé mod_http2. Ce module implémente toutes les fonctionnalités décrites par la RFC 7540 et supporte les connexions en texte pur (http:), ou sécurisées (https:). La variante texte pur se nomme 'h2c', et la variante sécurisée 'h2'. h2c peut être en mode direct ou Upgrade: via une requête initiale en HTTP/1.

Server Push est une nouvelle fonctionnalité offerte aux développeurs web par HTTP/2. La section correspondante de ce document vous indiquera comment votre application peut en tirer parti.

Compilation de httpd avec le support de HTTP/2

mod_http2 se base sur la bibliothèque de nghttp2 pour son implémentation. Pour pouvoir compiler mod_http2, libnghttp2 version 1.2.1. ou supérieure doit être installée dans votre système.

Pour déclencher la compilation de mod_http2, vous devez ajouter l'argument '--enable-http2' au script ./configure que vous exécutez à la racine de l'arborescence des sources de httpd. Si libnghttp2 est installée dans un répertoire non connu du chemin de vos bibliothèques, vous devez indiquer ce répertoire au script ./configure via l'argument '--with-nghttp2=<path>'.

Alors que cette méthode de compilation conviendra à la plupart, certains préféreront lier statiquement nghttp2 à ce module. Pour ce faire, utilisez l'argument --enable-nghttp2-staticlib-deps. Cette méthode est pratiquement la même que celle utilisée pour lier statiquement openssl à mod_ssl.

En parlant de SSL, vous devez savoir que la plupart des navigateurs ne communiqueront en HTTP/2 que sur des URLs sécurisées de type https: ; votre serveur doit donc supporter SSL. Mais de plus, votre bibliothèque SSL devra supporter l'extension ALPN. Enfin, si la bibliothèque que vous utilisez est OpenSSL, sa version devra être 1.0.2. ou supérieure.

Configuration de base

Maintenant que vous disposez d'un binaire httpd compilé avec le module mod_http2, l'activation de ce dernier nécessite un minimum de configuration supplémentaire. En premier lieu, comme pour tout module Apache, vous devez le charger :

LoadModule http2_module modules/mod_http2.so

La seconde directive que vous devez ajouter à votre fichier de configuration est

Protocols h2 http/1.1

Ceci permet de définir h2, la variante sécurisée, comme le protocole préféré pour les connexions à votre serveur. Si vous souhaitez que toutes les variantes soient disponibles, utilisez la directive suivante :

Protocols h2 h2c http/1.1

Selon l'endroit où vous placez cette directive, elle affectera l'ensemble de votre serveur, ou seulement un ou plusieurs serveurs virtuels. Vous pouvez aussi l'imbriquer comme dans l'exemple suivant :

Protocols http/1.1
<VirtualHost ...>
    ServerName test.example.org
    Protocols h2 http/1.1
</VirtualHost>

Seules les connexions en HTTP/1 seront alors permises, sauf pour le serveur virtuel test.example.org qui acceptera aussi les connexions SSL en HTTP/2.

L'ordre des protocoles indiqués est aussi important. Par défaut, le premier sera le protocole préféré. Lorsqu'un client offre plusieurs choix, c'est le plus à gauche qui sera sélectionné. Dans

Protocols http/1.1 h2

le protocole préféré sera HTTP/1 et il sera toujours sélectionné sauf si un client ne supporte que h2. Comme nous souhaitons communiquer en HTTP/2 avec les clients qui le supportent, la meilleure définition de la directive est

Protocols h2 h2c http/1.1

Toujours à propos de l'ordre des protocoles, le client a lui aussi ses propres préférences en la matière. À ce titre, si vous le souhaitez, vous pouvez configurer votre serveur pour qu'il sélectionne non plus son protocole préféré, mais au contraire le protocole préféré du client :

ProtocolsHonorOrder Off

Avec cette directive, l'ordre des protocoles que vous avez défini devient caduque et seul l'ordre défini par le client sera pris en compte.

Une dernière chose : les protocoles que vous définissez ne sont pas vérifiés quant à leurs validité ou orthographe. Vous pouvez très bien définir des protocoles qui n'existent pas, et il n'est donc pas nécessaire de filtrer le contenu de la directive Protocols avec des vérifications de type <IfModule>.

Pour des conseils plus avancés à propos de la configuration, voir la Documentation de mod_http2, et en particulier la section à propos de la consommation supplémentaire de ressources, ainsi que la section expliquant comment gérer les serveurs multiples avec certificat commun.

Configuration du MPM

Tous les modules multiprocessus (MPM) fournis avec httpd supportent HTTP/2. Cependant, si vous utilisez le MPM prefork, vous allez faire face à de sévères restrictions.

Avec le MPM prefork, mod_http2 ne traitera qu'une requête à la fois par connexion alors que les clients tels que les navigateurs internet envoient de nombreuses requêtes au même moment. Si l'une d'entre elles est longue à traiter (ou implique une longue interrogation), les autres requêtes seront mises en attente.

Par défaut, mod_http2 ne passe pas outre cette limitation pour la simple et bonne raison que le MPM prefork n'est aujourd'hui choisi que si vous exécutez des moteurs de traitement qui ne sont pas préparés pour le multithreading (par exemple qui se crashent lorsque plusieurs requêtes arrivent).

Si votre plateforme et votre installation de httpd le supportent, la meilleur solution consiste actuellement à utiliser le MPM event.

Si vous n'avez pas d'autre choix que d'utiliser le MPM prefork, mais souhaitez tout de même traiter plusieurs requêtes simultanément, vous pouvez jouer avec la directive H2MinWorkers, sans garantie que cela fonctionne.

Clients

La plupart des navigateurs modernes supportent HTTP/2, mais seulement sur des connexions SSL : Firefox v43, Chrome v45, Safari v9, iOS Safari v9, Opera v35, Chrome pour Android v49 et Internet Explorer v11 sous Windows10 (selon cette source).

D'autres clients et serveurs sont listés dans le wiki des implémentations ; entre autres des implémentations pour c, c++, common lisp, dart, erlang, haskell, java, nodejs, php, python, perl, ruby, rust, scala et swift.

De nombreuses implémentations clientes autres que les navigateurs supportent HTTP/2 en texte pur, h2c. L'une des plus efficaces d'entre elles est curl.

Outils efficaces pour déboguer HTTP/2

Le premier d'entre eux est bien entendu curl. Assurez-vous au préalable que votre version supporte HTTP/2 en vérifiant ses Fonctionnalités :

    $ curl -V
    curl 7.45.0 (x86_64-apple-darwin15.0.0) libcurl/7.45.0 OpenSSL/1.0.2d zlib/1.2.8 nghttp2/1.3.4
    Protocols: dict file ftp ftps gopher http https imap imaps ldap ldaps pop3 [...]
    Features: IPv6 Largefile NTLM NTLM_WB SSL libz TLS-SRP HTTP2
    

Pour une inspection en profondeur : wireshark.

Le paquet nghttp2 inclut aussi des outils comme :

• nghttp - permet de visualiser les trames HTTP/2 et ainsi de se faire une meilleure idée du protocole.
• h2load - permet de tester votre serveur dans des conditions extremes.

Chrome fournit des journaux détaillés des connexions HTTP/2 via la page special net-internals page. Il y a aussi cette extension intéressante pour Chrome et Firefox qui permet d'indiquer que votre navigateur utilise HTTP/2.

Push serveur

Le protocole HTTP/2 permet au serveur de proposer (PUSH) des réponses pour lesquelles le client n'a rien demandé. La communication autour de ces réponses est du style : "voici une requête que vous n'avez jamais envoyée, et la réponse vous parviendra bientôt tout de même ..."

Il y a cependant des conditions : le client peut désactiver cette fonctionnalité et le serveur ne pourra alors lui proposer des réponses que pour les requêtes qu'il a effectivement envoyées.

Cette fonctionnalité a pour but de permettre au serveur d'envoyer au client des ressources dont il va probablement avoir besoin : par exemple une ressource css ou javascript appartenant à une page html que le client a demandée, un jeu d'images référencé par un css, etc...

Cette anticipation a pour avantage de permettre au client d'économiser le temps qu'il lui aurait fallu pour envoyer une requête, quelques millisecondes à une demi-seconde en fonction de l'éloignement du serveur. Elle a cependant pour inconvénient d'imposer au client le téléchargement de ressources qu'il possède peut-être déjà dans son cache. Bien entendu, HTTP/2 permet d'annuler prématurément de telles requêtes, mais des ressources sont tout de même gaspillées.

En résumé : il n'existe pas encore de stratégie efficace pour faire le meilleur usage de cette fonctionnalité de HTTP/2 et tout le monde en est encore au stade de l'expérimentation. À ce titre, voici des conseils pour procéder vous-même à ces expérimentations :

mod_http2 inspecte l'en-tête de la réponse et recherche les en-têtes Link sous un certain format :

Link </xxx.css>;rel=preload, </xxx.js>; rel=preload

Si la connexion supporte PUSH, ces deux ressources seront envoyées au client. En tant que développeur web vous pouvez définir ces en-têtes soit directement au niveau de la réponse de votre application, soit en configurant votre serveur via

<Location /xxx.html>
    Header add Link "</xxx.css>;rel=preload"
    Header add Link "</xxx.js>;rel=preload"
</Location>

Si vous souhaitez utiliser des liens preload sans déclencher de PUSH, vous pouvez utiliser le paramètre nopush comme suit :

Link </xxx.css>;rel=preload;nopush

Vous pouvez aussi désactiver les PUSHes pour l'ensemble de votre serveur via la directive

H2Push Off

À savoir aussi :

Le module maintient un journal des ressources ayant fait l'objet d'un PUSH pour chaque connexion (en général des condensés hash des URLs), et n'effectuera pas deux fois un PUSH pour la même ressource. Cependant, lorsque la connexion est fermée, le journal de ses PUSHes est supprimé.

Certains développeurs planchent sur la manière de permettre au client d'informer le serveur des ressources qu'il possède déjà dans son cache afin d'éviter les PUSHes pour ces dernières, mais ceci n'en est actuellement qu'à un stade très expérimental.

L' en-tête Accept-Push-Policy est un autre dispositif expérimental implémenté dans mod_http2 ; il permet au client de définir pour chaque requête quels genres de PUSHes il accepte.

La fonctionnalité PUSH n'apportera pas toujours le gain de performances dans l'obtention de réponses aux requêtes. Vous trouverez plusieurs études sur ce sujet sur internet qui en expliquent les avantages et inconvénients et comment les particularités des clients et du réseau en influencent le fonctionnement. Par exemple, le seul fait que le serveur PUSHes une ressource n'implique pas forcément que le navigateur l'utilisera.

Ce qui influence le plus la réponse PUSHed, c'est la requête qui a été simulée. En effet, l'URL de la requête pour un PUSH est fournie par l'application, mais d'où viennent les en-têtes ? Par exemple, La requête PUSH requiert-elle un en-tête accept-language et si oui, quelle sera sa valeur ?

httpd va consulter la requête originale (celle qui a déclenché le PUSH) et copier les en-têtes suivants vers la requête PUSH : user-agent, accept, accept-encoding, accept-language et cache-control.

Tous les autres en-têtes sont ignorés. Les cookies eux non plus ne seront pas copiés. PUSHer des ressources qui requièrent la présence d'un cookie ne fonctionnera pas. Ceci peut être sujet à débat, mais tant que ce ne sera pas clairement discuté avec les navigateurs, restons prudents et évitons d'exposer les cookies là où ils ne sont pas censés être visibles.

Suggestions précoces

A l'instar des ressources PUSHées, une autre méthode consiste à envoyer des en-têtes Link au client avant même que la réponse ne soit prête. Cette méthode utilise la fonctionnalité appelée "Suggestions précoces" (Early Hints) décrite dans la RFC 8297.

Pour utiliser cette fonctionnalité, vous devez l'activer explicitement sur le serveur via :

H2EarlyHints on

Elle n'est en effet pas activée par défaut car certains navigateurs anciens perdent pied avec de telles réponses.

Une fois cette fonctionnalité activée, vous pouvez utiliser la directive H2PushResource pour déclencher les suggestions précoces et les PUSHes de ressources :

<Location /xxx.html>
    H2PushResource /xxx.css
    H2PushResource /xxx.js
</Location>

Le serveur enverra alors au client une réponse "103 Early Hints" dès qu'il commencera à traiter la requête. Selon votre application web, cet envoi peut intervenir beaucoup plus tôt que le moment où les premiers en-têtes de réponse auront été déterminés.

Si H2Push est activé, ceci déclenchera aussi le PUSH juste après la réponse 103. Mais si H2Push n'est pas activé, la réponse 103 sera quand-même envoyée au client.