[计算机网络]---Http协议

前言

作者：小蜗牛向前冲

名言：我可以接受失败，但我不能接受放弃

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本期学习：htpp协议，认识URL, 理解htpp协议的基本结构,写一个简单的http协议。

目录

[一 、Http协议基础知识](#一 、Http协议基础知识)

1、基本概念

2、htpp基本结构

2.1认识URL

2.2urlencode和urldecode

2.3其他属性

二、基于Http服务器

1、htppserver服务器

2、Protool.hpp

3、Util.hpp

4、wwwroot

5、程序运行后的细节

---

一 、Http协议基础知识

1、基本概念

HTTP协议是一种无状态、应用层的协议，它定义了客户端和服务器之间进行通信的规则。它使用请求-响应的模式，客户端发送HTTP请求到服务器，服务器则返回相应的HTTP响应。

在HTTP中，客户端是发起请求的一方，通常是一个Web浏览器，而服务器是接收请求并提供响应的一方。客户端发送一个由请求方法（如GET、POST、PUT等）和URL组成的请求，包含一些附加的请求头信息（如Host、User-Agent等）。服务器解析请求并返回响应，响应包含一个状态码（如200表示成功、404表示未找到等），响应头信息（如Content-Type、Content-Length等），以及可选的响应体（即实际传输的数据）。

HTTP协议的特点包括：

• 简单：HTTP的请求和响应是基于文本的，使用简单明了的格式，易于阅读和理解。
• 无状态：每个请求都是独立的，并不会记住之前的请求状态，每次请求都需要重新验证身份等信息。
• 可扩展：通过HTTP的头部字段和方法，可以扩展和增加功能。
• 资源定位：使用URL定位和标识资源。

对于htpp的请求和响应对是对于的协议格式如下：

2、htpp基本结构

2.1认识URL

URL（Uniform Resource Locator，统一资源定位符）是用于标识和定位互联网上资源的字符串格式。它是Web浏览器、Web服务器等互联网应用程序中用来访问资源的标准格式。

基本组成：

1. 协议（Protocol） ：指定了访问资源所使用的协议，如 HTTP、HTTPS、FTP 等。例如，在 http:// 或 https:// 中，http 和 https 就是协议。

2. 主机名（Host） ：指定了资源所在的主机（服务器）的域名或IP地址。例如，在 https://www.example.com 中，www.example.com 就是主机名。

3. 端口号（Port） ：指定了用于访问资源的端口号。端口号是一个可选项，如果未指定，则使用默认端口。例如，在 https://www.example.com:443 中，443 就是端口号。常用的HTTP协议默认端口号是80，HTTPS协议默认端口号是443。

4. 路径（Path） ：指定了资源在服务器上的路径。它是资源的具体位置。例如，在 https://www.example.com/path/to/resource 中，/path/to/resource 就是路径。

5. 查询字符串（Query String） ：指定了向服务器传递的参数。它以 ? 开头，多个参数之间使用 & 分隔。例如，在 https://www.example.com/search?q=keyword&page=1 中，?q=keyword&page=1 就是查询字符串。

6. 片段标识符（Fragment Identifier） ：用于标识资源中的一个特定部分。它以 # 开头。例如，在 https://www.example.com/page#section1 中，#section1 就是片段标识符。

2.2urlencode和urldecode

urlencode ：urlencode 函数是用于将 URL 中的特殊字符转换为 %xx 格式的编码形式，其中 xx 是字符的 ASCII 码的十六进制表示。

我们在网站搜索C++关键字,这时就被 urlencode解析为了c%2B%2B

urldecode ：urldecode 函数则是对 URL 编码后的字符串进行解码，将 %xx 格式的编码字符还原为原始字符。

urldecode就是urlencode的逆过程;

2.3其他属性

HTTP的方法:

GET 方法和 POST 方法是 HTTP 协议中最常用的两种请求方法，它们之间有以下几个主要区别：

1. 数据传输方式：

   • GET 方法：通过 URL 向服务器传递数据。数据被包含在 URL 的查询字符串中，以 ? 开头，多个参数之间使用 & 分隔。因此，GET 请求的数据在 URL 中是可见的，可以被用户和其他应用程序轻易看到。
   • POST 方法：通过 HTTP 请求体向服务器传递数据。数据不会显示在 URL 中，而是以表单形式隐式地传递给服务器。因此，POST 请求的数据对于用户来说是不可见的。

2. 数据长度限制：

   • GET 方法：由于数据是作为 URL 的一部分传递的，所以传输的数据量受到 URL 长度的限制 ，不同浏览器和服务器对 URL 长度的限制不同，通常在2KB 到 8KB 之间。
   • POST 方法：由于数据是通过请求体传递的，所以数据量通常没有明确的限制，但是服务器和应用程序可能会设置最大允许的请求体大小。

3. 安全性：

   • GET 方法：**由于数据在 URL 中可见，**因此不适合传输敏感数据，如密码等，因为敏感数据容易被截获或篡改。
   • POST 方法：由于数据不会显示在 URL中，因此更适合传输敏感数据，提供了更高的安全性。

4. 可缓存性：

   • GET 方法：请求可被缓存，如果相同的请求再次发送，则可能从缓存中获取响应，以提高性能。
   • POST 方法：请求通常不会被缓存，因为它们可能对服务器产生更改或副作用。

注意：POST虽然比GET安全点，但是并不意味着他是安全的

最常见的状态码, 比如 200(OK), 404(Not Found), 403(Forbidden), 302(Redirect, 重定向), 504(Bad Gateway)

HTTP常见Header

• Content-Type: 数据类型(text/html等);
• Content-Length: Body的长度;
• Host: 客户端告知服务器, 所请求的资源是在哪个主机的哪个端口上;
• User-Agent: 声明用户的操作系统和浏览器版本信息;
• referer: 当前页面是从哪个页面跳转过来的;
• location: 搭配3xx状态码使用, 告诉客户端接下来要去哪里访问;
• Cookie: 用于在客户端存储少量信息. 通常用于实现会话(session)的功能;

二、基于Http服务器

实现一个最简单的HTTP服务器, 只在网页上输出 "自己定义的内容"; 按照HTTP协议的要求构造数据,更好的理解htpp服务器。

1、htppserver服务器

htppserver.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <functional>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include "Protocol.hpp"

namespace server
{
    enum
    {
        USAGE_ERR = 1,
        SOCKET_ERR,
        BIND_ERR,
        LISTEN_ERR
    };

    static const uint16_t gport = 8080;
    static const int gbacklog = 5;

    using func_t = std::function<bool(const HttpRequest &, HttpResponse &)>;

    class HttpServer
    {
    public:
        HttpServer(func_t func, const uint16_t &port = gport) : _func(func), _listensock(-1), _port(port)
        {
        }
        void initServer()
        {
            // 1. 创建socket文件套接字对象
            _listensock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
            if (_listensock < 0)
            {
                exit(SOCKET_ERR);
            }

            // 2. bind绑定自己的网络信息
            struct sockaddr_in local;
            memset(&local, 0, sizeof(local));
            local.sin_family = AF_INET;
            local.sin_port = htons(_port);
            local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
            if (bind(_listensock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0)
            {
                exit(BIND_ERR);
            }

            // 3. 设置socket 为监听状态
            if (listen(_listensock, gbacklog) < 0) // 第二个参数backlog后面在填这个坑
            {
                exit(LISTEN_ERR);
            }
        }
        void HandlerHttp(int sock)
        {
            // 1. 读到完整的http请求
            // 2. 反序列化
            // 3. httprequst, httpresponse, _func(req, resp)
            // 4. resp序列化
            // 5. send
            char buffer[4096];
            HttpRequest req;
            HttpResponse resp;
            size_t n = recv(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0); // 大概率我们直接就能读取到完整的http请求
            if (n > 0)
            {
                buffer[n] = 0;
                req.inbuffer = buffer;
                req.parse();
                _func(req, resp); // req -> resp
                send(sock, resp.outbuffer.c_str(), resp.outbuffer.size(), 0);
            }
        }
        void start()
        {
            for (;;)
            {
                // 4. server 获取新链接
                // sock, 和client进行通信的fd
                struct sockaddr_in peer;
                socklen_t len = sizeof(peer);
                int sock = accept(_listensock, (struct sockaddr *)&peer, &len);
                if (sock < 0)
                {
                    continue;
                }

                // version 2 多进程版(2)
                pid_t id = fork();
                if (id == 0) // child
                {
                    close(_listensock);
                    if (fork() > 0)
                        exit(0);
                    HandlerHttp(sock);
                    close(sock);
                    exit(0);
                }
                close(sock);

                // father
                waitpid(id, nullptr, 0);
            }
        }
        ~HttpServer() {}

    private:
        int _listensock; // 不是用来进行数据通信的，它是用来监听链接到来，获取新链接的！
        uint16_t _port;
        func_t _func;
    };

} // namespace server

htppserver.cc

#include "HttpServer.hpp"
#include <memory>

using namespace std;
using namespace server;

void Usage(std::string proc)
{
    cerr << "Usage:\n\t" << proc << " port\r\n\r\n";
}

// 文件后缀来生成相应的 Content-Type 字符串
std::string suffixToDesc(const std::string suffix)
{
    std::string ct = "Content-Type: ";
    if (suffix == ".html")
        ct += "text/html";
    else if (suffix == ".jpg")
        ct += "application/x-jpg"; // application申请
    ct += "\r\n";
    return ct;
}
//  1. 服务器和网页分离，html
//  2. url -> / : web根目录
bool Get(const HttpRequest &req, HttpResponse &resp)
{
    // for test
    cout << "----------------------http start---------------------------" << endl;
    cout << req.inbuffer << std::endl;
    std::cout << "method: " << req.method << std::endl;
    std::cout << "url: " << req.url << std::endl;
    std::cout << "httpversion: " << req.httpversion << std::endl;
    std::cout << "path: " << req.path << std::endl;
    std::cout << "suffix: " << req.suffix << std::endl;
    std::cout << "size: " << req.size << "字节" << std::endl;
    cout << "----------------------http end---------------------------" << endl;

    std::string respline = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
    std::string respheader = "Content-Type: text/html\r\n";

    respheader += "Set-Cookie: name=1234567abcdefg; Max-age=120\r\n"; // 这个 Cookie 的最大有效期是 120 秒。

    std::string respblank = "\r\n";
    // std::string body = "<html lang=\"en\"><head><meta charset=\"UTF-8\"><title>for test</title><h1>hello world</h1></head><body><p>北京交通广播《一路畅通》"交通大家谈"节目，特邀北京市交通委员会地面公交运营管理处处长赵震、北京市公安局公安交通管理局秩序处副处长 林志勇、北京交通发展研究院交通规划所所长 刘雪杰为您解答公交车专用道6月1日起社会车辆进出公交车道须注意哪些？</p></body></html>";

    std::string body;
    body.resize(req.size + 1);

    if (!Util::readFile(req.path, (char *)body.c_str(), req.size))
        Util::readFile(html_404, (char *)body.c_str(), req.size);
    respheader += "Content-Length";
    respheader += std::to_string(body.size());
    respheader += "\r\n";

    resp.outbuffer += respline;
    resp.outbuffer += respheader;
    resp.outbuffer += respblank;
    cout << "----------------------http response start---------------------------" << endl;
    std::cout << resp.outbuffer << std::endl;
    cout << "----------------------http response end---------------------------" << endl;
    resp.outbuffer += body;

    return true;
}

// ./httpServer 8080
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(0);
    }
    uint16_t port = atoi(argv[1]);
    unique_ptr<HttpServer> httpsvr(new HttpServer(Get, port));
    httpsvr->initServer();
    httpsvr->start();

    return 0;
}

2、Protool.hpp

服务器的请求和响应

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <sstream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

#include "Util.hpp"

const std::string sep = "\r\n";
const std::string default_root = "./wwwroot";
const std::string home_page = "index.html";
const std::string html_404 = "wwwroot/404.html";

class HttpRequest
{
public:
    HttpRequest() {}
    ~HttpRequest() {}
    void parse()
    {
        // 1. 从inbuffer中拿到第一行，分隔符\r\n
        std::string line = Util::getOneLine(inbuffer, sep);
        if (line.empty())
            return;
        // 2. 从请求行中提取三个字段
        // std::cout << "line: " << line << std::endl;
        std::stringstream ss(line);
        ss >> method >> url >> httpversion; // method方法

        // 3. 添加web默认路径
        path = default_root; // ./wwwroot,
        path += url;         //./wwwroot/a/b/c.html, ./wwwroot/
        if (path[path.size() - 1] == '/')
            path += home_page;

        // 4. 获取path对应的资源后缀
        // ./wwwroot/index.html
        // ./wwwroot/test/a.html
        // ./wwwroot/image/1.jpg
        auto pos = path.rfind(".");
        if (pos == std::string::npos)
            suffix = ".html";
        else
            suffix = path.substr(pos);
        // 5 获取资源大小
        struct stat st; // struct stat 是用于获取文件或文件系统状态信息的结构体
        int n = stat(path.c_str(), &st);
        if (n == 0)
            size = st.st_size;
        else
            size = -1;
    }

public:
    std::string inbuffer;
    // std::string reqline;
    // std::vector<std::string> reqheader;
    // std::string body;

    std::string method;
    std::string url;
    std::string httpversion;
    std::string path;
    std::string suffix;
    int size;
    std::string parm;
};

class HttpResponse
{
public:
    std::string outbuffer;
};

3、Util.hpp

这里完成文件的读取

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <fstream>
#include <fcntl.h>

class Util
{
public:
    // XXXX XXX XXX\r\nYYYYY
    // 找到空行的出现
    static std::string getOneLine(std::string &buffer, const std::string &sep)
    {
        auto pos = buffer.find(sep);
        if (pos == std::string::npos)
            return "";
        std::string sub = buffer.substr(0, pos);
        buffer.erase(0, sub.size() + sep.size());
        return sub;
    }

    static bool readFile(const std::string resource, char *buffer, int size)
    {
        std::ifstream in(resource, std::ios::binary); // 读取文件
        if (!in.is_open())
            return false;
        in.read(buffer, size);
        in.close();
        return close;
    }
};

4、wwwroot

在这里完成网站的设计，这里注意使用的是Html

网站的首页

网页中我们设计二个板块新闻，电商，梅花图片，账号密码的设计 。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>我的首页</title>
</head>

<body>
    <h1>我是网站的首页</h1>
    <!-- <img src="https://img1.baidu.com/it/u=2812417321,4100104782&fm=253&fmt=auto&app=138&f=JPEG?w=500&h=750" alt="石榴花"> -->
    <!-- <a href="http://pic1.win4000.com/wallpaper/c/5799c80de4900.jpg"></a> -->
    <a href="/test/a.html">新闻</a>
    <a href="/test/c.html">电商</a>
    <img src="/image/1.jpg" alt="梅花">
    <form action="/a/b/c.py" method="POST">
        姓名:<br>
        <input type="text" name="xname">
        <br>
        密码:<br>
        <input type="password" name="ypwd">
        <br><br>
        <input type="submit" value="登陆">
    </form>
</body>

</html>

网站新闻设计

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>a网页</title>
</head>

<body>
    <h1>我是a网页,负责新闻的入口</h1>
    <a href="/">返回</a>
</body>

</html>

网站的电商设计

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>b网页</title>
</head>

<body>
    <h1>我是b网页,负责电商的入口</h1>
    <a href="/">返回</a>
</body>

</html>

网站报错误

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>资源不存在</title>
</head>

<body>
    <h1>你所访问的资源并不存在,404!</h1>
</body>

</html>

5、程序运行后的细节

服务器运行后，我们在网站上输入自己的主机号:端口号

当我们点击新闻时候，会跳转在新闻网站，这是对应的是Http的长链接

HTTP协议中的长连接（Keep-Alive）是一种在单个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应的机制。在默认情况下，HTTP/1.0 版本中的每个请求/响应交互都需要建立一个新的TCP连接，处理完成后即关闭连接。而长连接则允许在一次TCP连接中传输多个请求和响应，而不需要每次都重新建立连接。

账号输入密码，我们就可以进行跳转

Htpp协议的会话保持

HTTP协议的会话保持是一种机制，用于在客户端和服务器之间保持持久的连接状态，使得在多个HTTP请求之间能够保持同一个会话的相关信息。通常，会话保持是通过使用Cookie或者URL重写的方式实现的。

Cookie：

• Cookie 是一种在客户端存储的小型数据片段，由服务器通过 HTTP 响应头发送给客户端，客户端会将其保存起来，在以后的请求中通过 HTTP 请求头发送给服务器。
• 通过在客户端存储会话标识符等信息，服务器可以在多个HTTP请求之间识别出同一个用户的会话，并保持会话状态。
• 使用 Cookie 的方式可以实现更加灵活和复杂的会话管理，例如，可以存储用户的登录状态、购物车信息等。

URL 重写：

• URL 重写是一种在URL中包含会话标识符的方式，通过在每个URL后面添加会话标识符参数来实现会话保持。
• 服务器会将会话标识符作为参数附加在URL后面，客户端在每个请求中都需要将该标识符带回服务器。
• 虽然URL重写可以实现基本的会话保持，但其缺点是会在URL中暴露会话信息，可能存在安全隐患，并且会导致URL的长度增加，影响可读性。

Linux命令

mv 是 Linux 和 Unix 操作系统中用于移动或重命名文件和目录的命令。它的基本语法如下：

mv [options] source destination

mv 命令选项包括：

-i, --interactive： 在执行前进行交互式确认，防止覆盖已存在的目标文件。
-u, --update： 仅在源文件比目标文件新或目标文件不存在时才执行移动操作。
-b, --backup[=CONTROL]： 在移动文件前进行备份，可以指定备份的方式，如 -b 或 -b=numbered。
-f, --force： 强制执行移动操作，即使目标文件已存在，也会覆盖。

例子：

1 将文件从一个目录移动到另一个目录：

mv /path/to/sourcefile /path/to/destination/

2 重命名文件：

mv oldfile.txt newfile.txt

3 移动并覆盖目标文件

mv -f sourcefile.txt /path/to/destination/

4 移动目录：

mv /path/to/sourcedir /path/to/destination/