【Linux网络编程】应用层协议HTTP(实现一个简单的http服务）

技术文档

前言

一，HTTP协议

1，认识URL

2，urlencode和urldecode

3，HTTP协议请求与响应格式

二，myhttp服务器端代码的编写

HTTP请求报文示例

HTTP应答报文示例

代码编写

网络通信模块

处理请求和发送应答模块

结果展示

完整代码

main.cc 文件

http.hpp文件

makefile

前言

虽然说，应用层协议是需要我们程序猿自己定的。但是实际上，已经有大佬们定义了一些现成的，非常好用的应用层协议，供我们直接使用。HTTP（超文本传输协议）就是其中之一。

在互联网世界中，HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是一个至关重要的协议。它定义了客户端（如浏览器）与服务器之间如何进行通信，以交换或传输超文本（如HTML）。

一，HTTP协议

HTTP协议是客户端与服务器之间通信的基础。客户端通过HTTP协议向服务器发送请求，服务器收到请求后处理并返回响应。

1，认识URL

URL是Uniform Resource Location的缩写，译为“统一资源定位符”。

我们平时所说的网址，就是URL，例如：

开始部分https：表示我们获取资源采用的协议，这里的https起始是对http协议的一种加密，这里我们看作是http。

news.qq.com：这一部分表示域名，通过域名可以找到要访问服务器的IP地址。如何找到呢？

域名服务器是网络中的基础设施建设，内部保存着域名和对应的IP地址，当时使用浏览器访问百度时，浏览器内部一般内置了域名服务器的IP地址，比如8.8.8.8。通过域名服务器获取到IP地址，这个过程叫做DNS。最后进行对目标服务器的访问。

但是，要访问目标服务器，需要知道IP地址+端口号，IP地址可以通过域名获取到，但是端口号呢？其实，对于这些成熟的协议，端口号是固定的。https对应的端口号是443，http对应的端口号是80，ssh对应的端口号是22。

而域名之后的剩余部分，/ch/tech：是我们要访问的资源路径。可以发现，其中\"/\"，就是linux下的路径分割符，所以该部分就代表linux系统下的一个特定路径。

而我们上网的行为分为两种，一个是从远端拿下来数据，另一个是将数据上传到远端，这其实就是IO。而我们想从远端拿下来数据时，就是获取资源，这些资源在哪呢？就在linux服务器内部，特定路径下的一个文件。

通过这条URL，域名可以找到IP（具有唯一性），而路径，目标机器上特定路径下的一个文件（也具有唯一性），所以通过URL可以定位到全网内特定的一个文件。

2，urlencode和urldecode

像?/：这样的字符，已经被当作特殊字符理解了。因此这些字符不能随意出现。如果出现了这些特殊意义的字符，需要客户端（一般是浏览器）对这些特殊字符进行编码(encode)。服务器自己需要进行解码decode。示例：

hello @??// word编码后的结果是：

解码后的结果是：

工具： UrlEncode编码/UrlDecode解码 - 站长工具

3，HTTP协议请求与响应格式

HTTP底层使用的是tcp协议。

HTTP请求（request）

首行：【方法】+【url】+【版本号】

Header：请求的属性，以冒号分割的键值对。每组属性之间使用\\r\\n分割，遇到空行表示Header结束。

DATA：空行后面的内容都是DATA。DATA允许为空。

HTTP响应格式（response），与请求格式类似。

二，myhttp服务器端代码的编写

HTTP请求报文示例

这里的uri是统一资源定位符，它的作用是，可以唯一的标识资源，并允许用户通过特定的协议与资源进行交互。而前面提到的url，是统一资源标识符，url是uri的一种形式。

在上面的内容中提到过，url统一资源标识符，也就是网址。它的域名之后的内容，其实是特定linux机器上的特定路径的一个文件，我们使用 url（网址）的时候，其实就是访问目标主机上特定路径下的一个文件。

在这里，请求行中的uri，也代表要访问的路径。

需要注意的是，在uri中，\"/\"不是指linux下的根目录，而是web根目录。什么是web根目录？就是和当前项目在同一级的一个目录，其内部可能包含网址，图片，视频等等各种资源，所以我们实际访问的其实是是web根目录下的资源。

将整个请求看作是一个大的字符串，中间使用\\r\\n，或者使用一些空格，空行分割。

编写代码时的想法：

为了表示这个大字符串，我们可以定义一个Request请求类来管理。

类中的成员就包含请求行的三个属性，用三个字符串表示即可。中间部分是以键值对的形式，所以可以使用unordered_map来存储，还有一个空行，和正文部分，使用string即可。

当我们的服务器端收到这个请求报文时，就需要对这个大字符串进行反序列化，填充类中的成员。也就是将这个大的字符串，转化为结构化数据。

HTTP应答报文示例

和请求报文结构类似。

同样我们定义一个response应答类，和request类似。从上图可以看出，其实正文部分，就是一个html，是我们要返回给客户端的一个网页。也就是客户端想要访问的资源。

将来我们的response类中一定会包含一个string _text。表示正文部分。我们拖过客户端发来的请求报文，可以知道客户端想要访问是么资源，可以查看uri。如果我们将资源硬编码到代码中，那么就只可以访问一个文件。比如将html文件，当成一个大字符串，_text存储这个大字符串。那么我们在发送应答的时候，返回的就永远是这一个资源，所以不能将资源硬编码到代码中。

我们可以根据客户端发来的请求，提取uri，找到要访问的资源。然后以打开该文件，再读取文件中的内容即可。

最后发送给客户端，需要我们将类中的成员序列化成一个大的字符串。也就是将结构化数据，转化为大的字符串。

代码编写

现在我们大概了解了HTTP协议的请求格式和应答格式。接下来使用浏览器作为客户端，发送请求，接受应答。我们自己编写一个myhttp服务器，对客户端发来的HTTP请求做解析，然后返回给客户端应答。

HTTP协议是基于tcp的。

在这里使用多进程的方式，父进程不停的获取连接，子进程不断处理连接。

首先是网络通信部分代码：

核心逻辑：

服务端

创建套接字 → 绑定地址 → 监听连接 → 接受请求 → 读取数据 → 回传数据。

网络通信模块

const int gbacklog = 8;int main(int argc, char *argv[]){ // 1,创建套接字 int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (listenfd < 0) { std::cerr << \"创建监听套接字失败\" << std::endl; exit(1); } // 从命令行参数中获取端口号 uint16_t port = std::stoi(argv[1]); // 填写sockaddr_in结构体，注意主机序列转化为网络字节序 struct sockaddr_in addr; int addrlen = sizeof(addr); addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(port); addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 2,绑定端口号和ip地址 int n = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); if (n < 0) { std::cerr << \"绑定失败\" << std::endl; exit(2); } // 3,开始监听 int s = listen(listenfd, gbacklog); if (s < 0) { std::cerr << \"监听失败\" << std::endl; exit(3); } // 4，获取连接，处理连接 while (true) { int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, (socklen_t *)&addrlen); if (n < 0) { std::cerr << \"获取连接失败\" < 0) exit(0); // 子进程退出 // 孙子进程 处理请求 handle_request(sockfd); // 孙子进程退出 exit(0); } else if (id > 0) { // 父进程 // 关闭不需要的文件描述符 close(sockfd); pid_t rid=::waitpid(id,nullptr,0); (void)rid; } else { std::cerr << \"创建子进程失败\" << std::endl; } } return 0;}

至此实现了网络通信的功能。通过回调函数处理客户端（浏览器）发送过来的请求。

处理请求和发送应答模块

接下来就是子进程处理请求。

现在实现requet类和response类，其中request需要实现反序列化，将大字符串变成一个结构化数据。而response需要实现序列化，将序列化数据转化为结构化数据。

需要注意的是，我们在给客户端发送应答报文的时候，必须要发送状态行（也就是报文的第一行），它包含了HTTP版本，状态码和状态码描述，这些是必须返回给客户端的，而其他的内容可以不发。

通过回调方法处理请求，发送应答

// 定义一个回调方法，处理请求void handle_request(int sockfd){ char buffer[BUFFER_SIZE]; // 读取请求报文 ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1,0); if (n > 0) { buffer[n] = 0; //for debug //std::cout<<buffer<<std::endl; Request req; // 将读取到的字符串反序列为请求对象 req.Deserilaze(buffer); // 构建应答报文 Response resp; //获取客户端想要访问的资源文件 resp.SetTargetFile(req.GetUri()); //for debug //std::cout<<\"##############################\"<<std::endl; //std::cout<<req.GetUri()<<std::endl; //std::cout<<\"##############################\"<<std::endl; // 将目标文件内容填写到正问部分 resp.SetText(); resp._version = \"HTTP/1.1\"; resp._code = 200; // success resp._desc = \"OK\"; // 反序列化 std::string resp_str = resp.Serilaze(); // 发送应答报文 send(sockfd, resp_str.c_str(), resp_str.size(),0); }}

结果展示

之后通过浏览器访问我们的http服务，所获得的网页。

完整代码

main.cc 文件

// 服务器端// 基于HTTP协议#include \"http.hpp\"#include // 缓冲区大小#define BUFFER_SIZE 4096// 定义一个回调方法，处理请求void handle_request(int sockfd){ char buffer[BUFFER_SIZE]; // 读取请求报文 ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1,0); if (n > 0) { buffer[n] = 0; //for debug //std::cout<<buffer<<std::endl; Request req; // 将读取到的字符串反序列为请求对象 req.Deserilaze(buffer); // 构建应答报文 Response resp; //获取客户端想要访问的资源文件 resp.SetTargetFile(req.GetUri()); //for debug //std::cout<<\"##############################\"<<std::endl; //std::cout<<req.GetUri()<<std::endl; //std::cout<<\"##############################\"<<std::endl; // 将目标文件内容填写到正问部分 resp.SetText(); resp._version = \"HTTP/1.1\"; resp._code = 200; // success resp._desc = \"OK\"; // 反序列化 std::string resp_str = resp.Serilaze(); // 发送应答报文 send(sockfd, resp_str.c_str(), resp_str.size(),0); }}const int gbacklog = 8;int main(int argc, char *argv[]){ // 1,创建套接字 int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (listenfd < 0) { std::cerr << \"创建监听套接字失败\" << std::endl; exit(1); } // 从命令行参数中获取端口号 uint16_t port = std::stoi(argv[1]); // 填写sockaddr_in结构体，注意主机序列转化为网络字节序 struct sockaddr_in addr; int addrlen = sizeof(addr); addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(port); addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 2,绑定端口号和ip地址 int n = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); if (n < 0) { std::cerr << \"绑定失败\" << std::endl; exit(2); } // 3,开始监听 int s = listen(listenfd, gbacklog); if (s < 0) { std::cerr << \"监听失败\" << std::endl; exit(3); } // 4，获取连接，处理连接 while (true) { int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, (socklen_t *)&addrlen); if (n < 0) { std::cerr << \"获取连接失败\" < 0) exit(0); // 子进程退出 // 孙子进程 处理请求 handle_request(sockfd); // 孙子进程退出 exit(0); } else if (id > 0) { // 父进程 // 关闭不需要的文件描述符 close(sockfd); pid_t rid=::waitpid(id,nullptr,0); (void)rid; } else { std::cerr << \"创建子进程失败\" << std::endl; } } return 0;}

http.hpp文件

#pragma once#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include const std::string gspace = \" \";const std::string glinespace = \"\\r\\n\";const std::string glinesep = \": \";// web根目录const std::string webroot = \"./wwwroot\";// 默认访问的首页const std::string homepage = \"index.html\";// http协议// 包含请求和应答// 请求class Request{public: Request() { } ~Request() { } // 反序列化接口 bool Deserilaze(std::string bigstr) { std::string reqline; // 读取第一行，第一行的末尾是\"\\r\\n\" // 所以在字符串中找到\"\\r\\n\"的位置，截取前面部分即可 auto pos = bigstr.find(glinespace); if (pos == std::string::npos) return false; // 不包含完整的请求 // 获取到第一行的内容 reqline = bigstr.substr(0, pos); // 将第一行进行反序列化 std::stringstream ss(reqline); ss >> _method >> _uri >> _version; if (_uri == \"/\") // 表示要访问的资源就是web根目录下的首页 _uri = webroot + _uri + homepage; else _uri = webroot + _uri; // 表示要访问特定路径下的资源 // 删除第一行 bigstr.erase(0, pos + glinespace.size()); return true; } std::string GetUri() { return _uri; }private: std::string _method; // 请求方法 std::string _uri; // uri std::string _version; // http版本 // 请求报头 std::unordered_map _headers; // 空行 std::string _blankline; // 正文 std::string _text;};// 应答class Response{public: Response():_blankline(glinespace) { } ~Response() { } // 序列化 std::string Serilaze() { // 状态行 std::string status_line = _version + gspace + std::to_string(_code) + gspace + _desc + glinespace; // 响应报头 std::string resp_header; for (auto &header : _headers) { std::string line = header.first + glinesep + header.second + glinespace; resp_header += line; } return status_line + resp_header + _blankline + _text; } // 设置想要访问的资源文件 void SetTargetFile(const std::string file) { _targetfile = file; } //将目标文件填写入正文部分 void SetText() { std::ifstream in(_targetfile); if(!in.is_open()) { return ; } std::string line; while(std::getline(in,line)) { _text+=line; } in.close(); }public: std::string _version; // http版本 int _code; // 退出码 std::string _desc; // 描述退出码的退出信息 // 应答报头 std::unordered_map _headers; // 空行 std::string _blankline; // 正文 std::string _text; // 文件，用来填充正文 std::string _targetfile;};

makefile

myhttp:main.ccg++ -o $@ $^ -std=c++17.PHONY:cleanclean:rm -f myhttp

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