Hypertext Transfer Protocol

はじめに

このハンドブックは、Hypertext Transfer Protocol（HTTP）の包括的な概要を提供することを目的としています。HTTPは、ワールドワイドウェブ（WWW）上で情報共有を可能にする基盤となるプロトコルです。

このハンドブックは、初心者から上級者まで、幅広い読者を対象としています。HTTPの基礎知識を学びたい人、最新仕様を理解したい人、あるいはHTTPをより深く理解したい人など、様々なニーズに対応できる内容となっています。

対象読者

• Web開発者
• ネットワークエンジニア
• システム管理者
• 学生
• その他、HTTPに関心を持つ人

対象読者の前提

このハンドブックは、HTTPの基礎知識を持つ読者を想定しています。しかし、HTTPについて全く知らない初心者でも理解できるように、用語解説や補足説明などを充実させています。

1. HTTPの概要

1.1 HTTPとは何か

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）は、ワールドワイドウェブ（WWW）上で情報を共有するための基本的なプロトコルです。クライアントとサーバー間の通信を定義し、Webページやその他のリソースの転送に使用されます。

HTTPは、リクエスト-レスポンスモデルに基づいています。クライアントは、サーバーにリクエストを送信し、サーバーはレスポンスを返します。リクエストには、取得したいリソースのURL、使用したいHTTPメソッド、その他のヘッダー情報などが含まれます。レスポンスには、要求されたリソース、ステータスコード、その他のヘッダー情報などが含まれます。

HTTPは、テキストベースのプロトコルであり、人間が読みやすく書かれています。また、比較的軽量なプロトコルであるため、効率的なデータ転送が可能です。

1.2 HTTPの歴史

HTTPは、1989年にTim Berners-Leeによって開発されました。当時はCERN（欧州原子核研究機構）で働いていたBerners-Leeは、科学者間での情報共有を容易にするために、新しいプロトコルを必要としていました。

HTTPは、当初はシンプルなプロトコルでしたが、その後、様々な機能が追加されてきました。1996年には、HTTP/1.1がリリースされ、接続の保持やチャンク化などの機能が追加されました。2015年には、HTTP/2がリリースされ、パフォーマンスとセキュリティが大幅に向上しました。

1.3 HTTPのアーキテクチャ

HTTPは、クライアント-サーバーモデルに基づいています。クライアントは、Webブラウザやその他のアプリケーションなど、リソースを取得したいソフトウェアです。サーバーは、Webページやその他のリソースを格納するソフトウェアです。

クライアントとサーバーは、TCP/IPネットワーク上で通信します。TCP/IPは、インターネット上でデータを送受信するための基本的なプロトコルスイートです。

HTTPは、リクエスト-レスポンスモデルに基づいています。クライアントは、サーバーにリクエストを送信し、サーバーはレスポンスを返します。リクエストには、取得したいリソースのURL、使用したいHTTPメソッド、その他のヘッダー情報などが含まれます。レスポンスには、要求されたリソース、ステータスコード、その他のヘッダー情報などが含まれます。

1.4 HTTPの利点

HTTPには、以下の利点があります。

• シンプル: HTTPは、比較的シンプルなプロトコルであり、人間が読みやすく書かれています。
• 軽量: HTTPは、軽量なプロトコルであるため、効率的なデータ転送が可能です。
• 汎用性: HTTPは、様々な種類のコンテンツを転送するために使用することができます。
• 拡張性: HTTPは、様々な機能を追加するために拡張することができます。
• 実績: HTTPは、長年にわたって広く使用されており、実績のあるプロトコルです。

1.5 HTTPの課題

HTTPには、以下の課題があります。

• セキュリティ: HTTPは、本来、セキュリティ対策が十分ではありません。HTTPSを使用することで、セキュリティを強化することができますが、すべてのWebサイトがHTTPSに対応しているわけではありません。
• パフォーマンス: HTTPは、比較的シンプルなプロトコルであるため、パフォーマンスが向上する余地があります。HTTP/2などの新しいバージョンは、パフォーマンスを向上させるために設計されていますが、すべてのWebサイトがこれらのバージョンに対応しているわけではありません。
• 複雑性: HTTPは、様々な機能が追加された結果、複雑なプロトコルになっています。

1.6 まとめ

HTTPは、ワールドワイドウェブ上で情報を共有するための基本的なプロトコルです。シンプルで軽量なプロトコルであるため、効率的なデータ転送が可能です。しかし、セキュリティやパフォーマンスなどの課題もあります。

HTTP/2などの新しいバージョンは、これらの課題を解決するために開発されています。今後、HTTPはさらに進化していくことが予想されます。

HTTPとGopherの比較

HTTPとGopherは、どちらもインターネット上で情報を共有するためのプロトコルですが、それぞれ異なる特徴を持っています。

HTTPは、現在最も広く使用されているプロトコルです。Webページや画像、動画などの様々なコンテンツを転送するために使用することができます。HTTPは、シンプルで軽量なプロトコルであり、効率的なデータ転送が可能です。また、HTTPSと呼ばれる暗号化されたバージョンもあり、セキュリティを強化することができます。

Gopherは、HTTPよりも古いプロトコルで、現在はほとんど使用されていません。Gopherは、テキストベースのプロトコルであり、画像や動画などの非テキストコンテンツを転送することはできません。Gopherは、HTTPよりもシンプルなプロトコルですが、機能が限られています。

HTTPとGopherの主な違い

項目	HTTP	Gopher
使用状況	現在最も広く使用されている	現在はほとんど使用されていない
転送できるコンテンツ	Webページ、画像、動画など	テキストのみ
プロトコルの複雑さ	シンプル	複雑
データ転送の効率	効率的	非効率
セキュリティ	HTTPSでセキュリティを強化できる	セキュリティが弱い

HTTPとGopherのそれぞれの利点と欠点をまとめると、以下のようになります。

HTTP

利点

• シンプルで軽量なプロトコル
• 効率的なデータ転送
• 様々なコンテンツを転送できる
• HTTPSでセキュリティを強化できる

欠点

• 比較的新しく開発されたプロトコル
• Gopherよりも複雑なプロトコル

Gopher

利点

• シンプルなプロトコル
• HTTPよりも古いプロトコル

欠点

• 現在ほとんど使用されていない
• テキストのみのコンテンツしか転送できない
• 非効率なデータ転送
• セキュリティが弱い

結論

HTTPは、現在最も広く使用されているプロトコルであり、様々なコンテンツを転送するために適しています。一方、Gopherは現在はほとんど使用されておらず、機能も限られています。

2. HTTPリクエスト

2.1 HTTPメソッド

HTTPメソッドは、クライアントがサーバーに対してどのような操作を実行したいかを指定するために使用されます。代表的なHTTPメソッドは以下の通りです。

• GET: リソースを取得します。
• POST: リソースにデータを送信します。
• PUT: リソースを更新します。
• DELETE: リソースを削除します。
• HEAD: リソースのヘッダー情報のみを取得します。
• OPTIONS: サーバーがサポートするHTTPメソッドを確認します。

2.2 URI

URI（Uniform Resource Identifier）は、リソースの場所を特定するために使用されます。一般的なURIの形式は以下の通りです。

scheme://host[:port]/path?query

• scheme: プロトコル（例：http、https）
• host: ホスト名
• port: ポート番号（省略可）
• path: パス
• query: クエリ文字列

2.3 HTTPヘッダー

HTTPヘッダーは、リクエストやレスポンスに関する追加情報を提供するために使用されます。代表的なHTTPヘッダーは以下の通りです。

• Host: リクエスト先のホスト名
• Connection: 接続の処理方法
• Content-Type: 送信するデータの形式
• Content-Length: 送信するデータの長さ
• Accept: クライアントが受け入れられるデータの形式
• Referer: リクエスト元のURL
• User-Agent: クライアントのユーザーエージェント

2.4 リクエストメッセージの構文

リクエストメッセージは、以下の行で構成されます。

• リクエスト行: HTTPメソッド、URI、HTTPバージョン
• ヘッダー行: HTTPヘッダー
• 空行: ヘッダー行とメッセージ本体の区切り
• メッセージ本体: 送信するデータ（省略可）

2.5 例

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
Connection: keep-alive
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/99.0.4844.84 Safari/537.36

この例では、クライアントは、www.example.comというホストにあるindex.htmlというリソースを取得しようとしています。クライアントは、HTTP/1.1というバージョンを使用し、接続を保持するように要求しています。クライアントは、text/html、application/xhtml+xml、application/xmlなどの形式のコンテンツを受け入れることができます。クライアントは、Mozilla/5.0というユーザーエージェントを使用しています。

2.6 まとめ

HTTPリクエストは、クライアントがサーバーに対してどのような操作を実行したいかを指定するために使用されます。HTTPリクエストには、HTTPメソッド、URI、HTTPヘッダー、メッセージ本体などが含まれます。

3. HTTPレスポンス

3.1 ステータスコード

ステータスコードは、サーバーがクライアントのリクエストに対してどのような結果を返したかを表します。

• 404: リクエストされたリソースが見つかりません。
• 405: リクエストされたメソッドは、このリソースに対して許可されていません。
• 406: クライアントが受け入れられる形式のコンテンツが見つかりません。
• 408: リクエストがタイムアウトしました。
• 500: サーバーで内部エラーが発生しました。
• 503: サービスが一時的に利用できません。

3.2 HTTPヘッダー

HTTPレスポンスヘッダーは、レスポンスに関する追加情報を提供するために使用されます。代表的なHTTPレスポンスヘッダーは以下の通りです。

• Content-Type: 送信するデータの形式
• Content-Length: 送信するデータの長さ
• Location: リソースの新しい場所（リダイレクトの場合）
• Server: サーバーのソフトウェア
• Date: レスポンスが生成された日時

3.3 レスポンスメッセージの構文

レスポンスメッセージは、以下の行で構成されます。

• ステータス行: HTTPバージョン、ステータスコード、ステータス理由
• ヘッダー行: HTTPヘッダー
• 空行: ヘッダー行とメッセージ本体の区切り
• メッセージ本体: 送信するデータ（省略可）

3.4 例

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Length: 123
Date: Fri, 30 Jun 2024 14:17:30 GMT
Server: Apache/2.4.48 (Ubuntu)
 
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Example Page</title>
</head>
<body>
  <h1>Hello, World!</h1>
</body>
</html>

この例では、サーバーは、リクエストされたリソースを正常に取得できたことを示す200 OKというステータスコードを返しています。送信するデータの形式はtext/html、文字エンコーディングはutf-8です。送信するデータの長さは123バイトです。レスポンスは、Apache/2.4.48というサーバーソフトウェアによって生成されました。

3.5 まとめ

HTTPレスポンスは、サーバーがクライアントのリクエストに対してどのような結果を返したかを伝えるために使用されます。HTTPレスポンスには、ステータスコード、HTTPヘッダー、メッセージ本体などが含まれます。

4. HTTPのバージョン

4.1 HTTP/1.0

HTTP/1.0は、1996年にリリースされた最初のHTTPバージョンです。シンプルなプロトコルでしたが、いくつかの制限がありました。

• 非永続的な接続: クライアントとサーバー間の接続は、各リクエストごとに確立され、切断されました。
• パイプライン化の非サポート: クライアントは、一度に複数のリクエストを送信することができませんでした。
• ヘッドオブラインブロッキング: 1つのリクエストがブロックされると、その後のリクエストもブロックされました。

4.2 HTTP/1.1

HTTP/1.1は、1997年にリリースされたHTTP/1.0の後継バージョンです。HTTP/1.0の制限を克服するために、いくつかの機能が追加されました。

• 永続的な接続: クライアントとサーバー間の接続は、複数のリクエストで使用することができます。
• パイプライン化のサポート: クライアントは、一度に複数のリクエストを送信することができます。
• チャンク化: クライアントは、データのサイズを知らなくても、データを送信することができます。
• ホストヘッダー: クライアントは、リクエストにホストヘッダーを含めることで、複数のドメインを同じサーバーでホストすることができます。

4.3 HTTP/2

HTTP/2は、2015年にリリースされたHTTP/1.1の後継バージョンです。パフォーマンスとセキュリティを向上させるために、いくつかの機能が追加されました。

• バイナリフレーム: HTTP/2は、バイナリフレームを使用してデータを転送します。これにより、オーバーヘッドを削減し、パフォーマンスを向上させることができます。
• 多重化: HTTP/2は、1つの接続で複数のストリームを同時に処理することができます。これにより、レイテンシーを削減し、スループットを向上させることができます。
• サーバープッシュ: サーバーは、クライアントがリクエストする前に、データをクライアントにプッシュすることができます。これにより、ページの読み込み時間を大幅に削減することができます。
• HPACK圧縮: HTTP/2は、HPACK圧縮を使用して、ヘッダーデータを圧縮することができます。これにより、帯域幅を節約することができます。

4.4 HTTP/3

HTTP/3は、現在開発中のHTTP/2の後継バージョンです。QUICという新しいトランスポートプロトコルを使用して、さらにパフォーマンスとセキュリティを向上させることを目標としています。

QUICは、UDPをベースとした新しいトランスポートプロトコルです。TCPよりも効率的で、遅延とパケット損失の影響を受けにくいという利点があります。

HTTP/3は、QUICに加えて、HTTP/2のいくつかの機能も利用します。これにより、HTTP/2よりもさらに高速で信頼性の高いプロトコルとなることが期待されています。

4.5 まとめ

HTTPには、HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3という4つのバージョンがあります。それぞれのバージョンには、異なる機能と利点があります。

HTTP/2は、現在最も広く使用されているHTTPバージョンです。パフォーマンスとセキュリティが向上しており、多くのWebサイトで使用されています。

HTTP/3は、現在開発中のHTTPバージョンです。QUICという新しいトランスポートプロトコルを使用して、さらにパフォーマンスとセキュリティを向上させることを目標としています。

5. HTTPのセキュリティ

5.1 HTTPS

HTTPSは、HTTPをTLS/SSLで暗号化することで、セキュリティを強化したプロトコルです。HTTPSを使用することで、以下のことが可能になります。

• 通信内容の秘匿: クライアントとサーバー間の通信内容を暗号化することで、盗聴を防ぐことができます。
• データの改ざん防止: データの改ざんを検出することができます。
• サーバー認証: サーバーの身元を確認することができます。

HTTPSは、オンラインショッピングやオンラインバンキングなどの、機密性の高い情報を扱うWebサイトで使用することが重要です。

5.2 TLS/SSL

TLS/SSLは、HTTPSで使用される暗号化プロトコルです。TLS/SSLは、以下の機能を提供します。

• 対称暗号化: データを暗号化するために使用されます。
• 非対称暗号化: サーバー認証やキー交換に使用されます。
• デジタル署名: データの改ざんを防ぐために使用されます。

TLS/SSLは、定期的に更新されており、常に最新のバージョンを使用することが重要です。

5.3 その他のセキュリティ対策

HTTPSとTLS/SSLに加えて、以下のセキュリティ対策も有効です。

• CSRFトークン: クロスサイトリクエストフォージェリ（CSRF）攻撃を防ぐために使用されます。
• XSS対策: クロスサイトスクリプティング（XSS）攻撃を防ぐために使用されます。
• コンテンツセキュリティポリシー（CSP）: 不正なコンテンツの実行を防ぐために使用されます。

5.4 まとめ

HTTPのセキュリティを強化するには、HTTPSとTLS/SSLを使用することが重要です。さらに、CSRFトークン、XSS対策、CSPなどのセキュリティ対策も有効です。

6. HTTPのトラブルシューティング

6.1 一般的なHTTPエラー

• 404: リクエストされたリソースが見つかりません。
• 405: リクエストされたメソッドは、このリソースに対して許可されていません。
• 406: クライアントが受け入れられる形式のコンテンツが見つかりません。
• 408: リクエストがタイムアウトしました。
• 500: サーバーで内部エラーが発生しました。
• 503: サービスが一時的に利用できません。

6.2 デバッグツール

HTTPのトラブルシューティングには、以下のデバッグツールを使用することができます。

• ブラウザのデベロッパーツール: ブラウザのデベロッパーツールを使用して、HTTPリクエストとレスポンスを検査することができます。
• Wireshark: Wiresharkを使用して、ネットワークトラフィックをキャプチャして分析することができます。
• Fiddler: Fiddlerを使用して、HTTPリクエストとレスポンスをプロキシしてデバッグすることができます。

6.3 パフォーマンスの最適化

HTTPのパフォーマンスを最適化するには、以下の方法があります。

• キャッシュを利用する: クライアントは、静的コンテンツをキャッシュすることで、リクエスト数を減らすことができます。
• コンテンツを圧縮する: Gzipなどの圧縮アルゴリズムを使用して、コンテンツを圧縮することができます。
• 画像を最適化する: 画像のサイズを小さくしたり、形式を変換したりすることで、読み込み時間を短縮することができます。
• CDNを使用する: コンテンツデリバリーネットワーク（CDN）を使用することで、コンテンツを世界中のユーザーに効率的に配信することができます。

6.4 まとめ

HTTPのトラブルシューティングには、デバッグツールを使用して、問題の原因を特定することが重要です。HTTPのパフォーマンスを最適化するには、キャッシュ、圧縮、画像の最適化、CDNなどの方法があります。

7. HTTPの将来

HTTPは、常に進化し続けています。HTTP/2やHTTP/3などの新しいバージョンがリリースされており、パフォーマンスとセキュリティが向上しています。

また、HTTPは、WebブラウザやWebサーバーだけでなく、様々なアプリケーションで使用されています。IoTデバイスやスマートホームデバイスなどの、新しいデバイスでもHTTPが使用されるようになっています。

今後、HTTPはさらに進化し、Webの基盤となるプロトコルとしての地位を確固たるものにしていくことが予想されます。

8. 附録

8.1 HTTP用語集

• HTTP: Hypertext Transfer Protocol
• URL: Uniform Resource Locator
• メソッド: GET、POST、PUT、DELETE、HEAD、OPTIONSなど
• ヘッダー: Host、Connection、Content-Type、Content-Lengthなど
• ステータスコード: 200 OK、404 Not Found、500 Internal Server Errorなど
• HTTPS: Hypertext Transfer Protocol Secure
• TLS/SSL: Transport Layer Security/Secure Sockets Layer
• CDN: Content Delivery Network

8.2 参考文献

• https://www.w3.org/Protocols/

8.3 その他のリソース

• Mozilla Developer Network - HTTP
• W3C - HTTP Working Group