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【计算机网络】http协议

news 文章来源：https://blog.csdn.net/weixin_47257473/article/details/132640371 2025/2/9 3:47:02

前言

认识URL

URLEncode和URLDecode

http协议格式

http方法

GET

POST

GET与POST的区别

http状态码

http常见header

简易的http服务器

前言

我们在序列化和反序列化这一章中，实现了一个网络版的计算器。这个里面设计到了对协议的分析与处理。比如我们应该以约定好的格式发送，然后对方再以特定的方式解析数据。这种双方约定好的格式叫做协议。而实现加减乘除计算的那些逻辑代码，正是我们所说的业务。

我们也发现了制定协议，然后解析协议这些步骤的繁琐。所以已经有大佬帮我们制定好现成的协议了，可以供我们使用和参考。那么http协议顾名思义，也就是对数据的一种解析工作。

认识URL

我们平常所说的“网址”，其实就是url.

URL 是 Uniform Resource Locator 的缩写，中文称为统一资源定位符，它是互联网上标识和定位资源（如网页、图片、视频等）的字符串。URL 用于指定一个资源在互联网上的位置，使用户可以通过浏览器或其他网络工具来访问这个资源。

也就是说，在全球范围内，只要找到它的url就能访问该资源，一个url的组成如下：

协议（Protocol）：指定访问资源所使用的协议，如 HTTP、HTTPS、FTP 等。协议通常用于指定客户端与服务器之间的通信规则和方式。

主机名（Host）：指定存储资源的计算机的域名或 IP 地址。例如，www.example.com 或 192.168.0.1。其中域名需要解析成先解析成ip地址。域名解析过程需要通过域名系统（DNS）进行，将域名转换为对应的 IP 地址，而 IP 地址可以直接用于网络通信。

端口号（Port）：可选项，指定用于访问资源的端口号。如果未指定，默认使用资源所属协议的默认端口。例如，HTTP 默认使用端口号 80，HTTPS 默认使用端口号 443。

路径（Path）：指定服务器上资源的路径，用斜杠 “/” 分隔。路径可以是文件的路径或目录的路径。

查询参数（Query Parameters）：可选项，提供额外的参数传递给服务器。查询参数以问号 “?” 开头，多个参数之间使用 “&” 分隔。例如，?key1=value1&key2=value2。

片段标识（Fragment Identifier）：可选项，用于指定资源中的特定片段。片段标识以井号 “#” 开头，常用于在网页中定位特定的位置。

例如，我们在网站上搜索魔方，然后随便找一张照片，观察此时的地址：

https://baike.baidu.com/pic/%E9%AD%94%E6%96%B9/5275/0/4610b912c8fcc3cec3fdbc20e30cc188d43f87948ac5?fr=lemma&fromModule=lemma_content-image&ct=single#aid=0&pic=4610b912c8fcc3cec3fdbc20e30cc188d43f87948ac5

1.协议：可以看到采用的是https协议，具体后面会细讲.

2.主机名：baike.baidu.com，没有指定端口，则默认指定端口为443.

3.路径：剩下的就都是路径了，其中也包括一些参数等。

也就是说一个url格式如下：

协议://server ip:[port] /a/b/c/d

其中server ip来标识唯一的一台机器，port标识该机器上服务的进程，后面/a/b/c/d代表用户想要的文件名。

URLEncode和URLDecode

URLEncode 和 URLDecode 是用于对 URL 中特殊字符进行编码和解码的过程.

URLEncode

URLEncode 是将 URL 中的特殊字符转换为特殊编码表示的过程。在 URL 中，某些字符具有特殊的含义或用途（例如用于分隔协议、主机名、路径等），如果 URL 中包含这些特殊字符，就需要将其进行编码以确保 URL 的正确解析和传输。

编码规则如下：将需要转码的字符转为两位16进制，前面加上%，编码成%XY格式

例如，字符‘+’的ASCII码值是43，现将其转为16进制，为2B，然后我们再它的前面加上%，成为%2B.例如，我们在网站中输入c++：

还有空格被转化为“%20”等等，都是按这种规则转化的.

URLDecode

URLDecode 是将 URL 中的特殊编码表示转换为原始字符的过程。当服务器接收到一个 URL 时，如果其中包含编码字符，就需要对这些编码字符进行解码以恢复原始的字符表示。URLDecode 通过将特殊编码表示转换为相应的原始字符来实现。例如，将“%2B”解码为‘+’，“%20” 解码为空格。

http协议格式

http请求和响应的报文格式

单纯的站在请求和响应的报文角度，http是基于行的文本协议.
http请求报头格式：

<方法>：HTTP 请求方法，如 GET、POST、PUT、DELETE 等。
<url>：请求的绝对或相对 URL。
<HTTP Version>：HTTP 协议版本，如 HTTP/1.1、HTTP/2.0。
<Header Key>：报头字段的名称。
<Header Value>：报头字段的值。
(<Request Body>)：可选项，请求正文的内容。

响应的报文格式

<HTTP Version>：HTTP 协议版本，如 HTTP/1.1、HTTP/2.0。
<Status Code>：请求处理的状态码，如 200（成功）、404（未找到）、500（服务器错误）等。
<Reason Phrase>：状态码对应的简短说明。
<Header Key>：报头字段的名称。
<Header Value>：报头字段的值。
(<Response Body>)：可选项，响应正文的内容。、

首行: [版本号] + [状态码] + [状态码解释]
Header(响应报头): 请求的属性, 冒号分割的键值对;每组属性之间使用\n分隔;遇到空行表示Header部分结束
Body: 空行后面的内容都是Body. Body允许为空字符串. 如果Body存在, 则在Header中会有一个Content-Length属性来标识Body的长度; 如果服务器返回了一个html页面, 那么html页面内容就是在body中.

http方法

我们平时上网的这种行为，其实就两种：

1.从服务器中拿下来资源
2.将客户端数据上传到服务器

这里是所有方法的汇总：

不同的行为有不同的方法。这里主要有两种GET和POST.

GET

GET通过url传参，即会把获取到的数据回显到url上.

我们从网站上获得、请求到的各种资源，大多是GET方法。例如我们想获取百度首页，我们先telnet连接到百度，然后GET：

GET用于从服务器获取（或检索）资源，通过URL查询字符串传递参数。
GET请求可以通过在URL中附加参数来传递数据，这些参数以键值对的形式出现，并使用"?“来将URL路径与参数分隔，不同参数之间使用”&"进行分隔。例如(https://blog.csdn.net/weixin_47257473/article/details/132575491?spm=1001.2014.3001.5501会将参数"spm=1001.2014.3001.5501" 传递给/132575491)
GET请求的参数会显示在URL中，因此对于敏感数据不宜使用GET请求。GET请求通常用于读取数据，如获取网页内容、检索资源等。
GET请求是幂等的，即多次执行相同的GET请求，服务器的状态和资源都不应该发生变化。（常见的就是我们点击某个按钮没反应，然后我们就点击多次，但最后就只执行了一次。比如登录的时候，点击多次登录按钮，但最后并不会登录多个qq号）.

POST

post是通过正文传参，因此url上不会有相关的数据。

POST用于向服务器提交（或发送）数据，通过请求体（Request Body）传递参数。
POST请求的参数通过请求头的Content-Type字段和请求体发送，参数不会显示在URL中，并且可以传输更大量的数据。
POST请求不会在浏览器的历史记录中留下记录，对于敏感数据和数据的修改操作，应该使用POST请求。
POST请求是非幂等的，即多次执行相同的POST请求，会对服务器的状态和资源进行修改。

GET与POST的区别

GET和POST本质是没有区别的.使用GET的场景可以使用用POST, POST的场景也可以使用GET。

但是在一些细微的地方还是有一些区别：

GET是通过把客户端的数据通过请求行(query)来传输到服务端，POST会将客户端数据放入到正文部分然后传输。
GET 习惯上用于客户端从服务器获取数据，而由于是通过query传输数据，所以是明文的；POST 习惯上是客户端向服务器提交数据，是通过正文部分传输，所以不会显示在上方url中.
GET的请求是幂等的，而POST的请求可以不是幂等的.
GET 请求可以被缓存，可以被浏览器保存到收藏夹中；POST 请求不能被缓存.

POST从客户端提交表单给服务器，然后服务器返回给客户端结果.

客户端发送GET请求到服务器，服务器把请求的资源同样返回给客户端.

同样有一点需要说明的是，POST并不比GET安全，因为它们的数据都是明文的，没有加密的。GET只不过是把结果显示到了url中，POST的虽然在正文中没有显示出来，但同样可以获取到正文的数据。

黑客们完全可以在转发的网络节点劫取http请求，然后获得其中的数据，造成我们私密信息的泄露。

http状态码

HTTP状态码是服务器在处理客户端请求时返回的3位数字代码，用于表示请求的处理结果的标准化表示方式。状态码提供了关于请求是否成功、发生了什么错误以及如何处理请求的信息，方便客户端和服务器之间进行通信和理解。

比如我们常见的是404 Not Found.表示服务器没有你请求的资源。

下面是常见的状态码：

1xx：信息性状态码
表示请求已经被接收或正在处理，需要进一步操作或等待，常见的状态码有：

100 Continue：接收到请求的初始部分，客户端应继续发送剩余部分。
101 Switching Protocols：请求者要求服务器切换协议。

2xx：成功状态码

表示请求已成功处理和接受，常见的状态码有：

200 OK：请求成功，返回响应正常。
201 Created：请求成功并创建了新的资源。
204 No Content：请求成功，但响应没有任何内容。

3xx：重定向状态码
表示请求需要进一步操作以完成请求，常见的状态码有：

301 Moved Permanently：请求的资源已永久移动到新位置。
302 Found：请求的资源临时移动到其他位置。
304 Not Modified：客户端可以使用缓存的版本。

4xx：客户端错误状态码
表示由于客户端的错误或无效请求导致服务器无法处理请求，常见的状态码有：

400 Bad Request：请求无效，服务器无法理解。
401 Unauthorized：请求需要身份验证。
404 Not Found：请求的资源不存在。

5xx：服务器错误状态码
表示由于服务器内部错误导致无法完成请求，常见的状态码有：

500 Internal Server Error：服务器遇到了意外的错误，无法完成请求。
503 Service Unavailable：服务器当前无法处理请求，通常是由于过载或维护。

总结一张表如下：

http常见header

我们先开启我们的服务端，然后从浏览器中请求服务端，我们看收到的客户端请求：

我们可以看到有很多以冒号分割的(key-value)键值对;每组属性之间使用\n分隔;遇到空行结束。

这些便是header上面http协议格式中也提到了。

Content-Type: 数据类型(text/html等，例如选择text，浏览器则不会解释html语言，而是直接以文本形式显示.)
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;

我们这里在详细说一下cookie.

我们要知道http特征是：

1.简单快速

2.无连接(连接工作TCP通过三次握手已经帮我们完成了）.

3.无状态(即浏览器不知道你是否访问过此界面，但实际我们使用的时候，一般网站会记录我的状态的)

针对于第3点，例如我们需要登录账号才能访问服务。我这次登录后，由于网站没有状态，所以每次进该网站都要登录，会非常的麻烦。所以便有了cookie文件.cookie文件保存了此次用户输入的账号和密码等信息，当用户再次访问该网站时，cookie会自动携带用户的账户和密码发送给服务端，便省去了每次都要登录的步骤。

但是如果有黑客在我们电脑的浏览器中注入了一个木马，然后获取到了我们的cookie信息，这样也就把我们的账号和密码就全部获取到了，这是非常危险的。所以为了避免这些，我们在输入用户名和密码的基础上，加上了认证这一步骤。

当我们从客户端输入账号和密码后，服务器端会利用算法生成一个唯一id -- session id，然后把你的账号和密码全部维护在服务器端，然后把这个session id返回给客户端，此时cookie文件中不再保存账号和密码，而是直接保存这个session id，所以后面再访问服务时不再传输账号和密码，而是直接传输这个session id.

这样就极大程度的保护了用户的个人信息，虽然说黑客还是有一定可能通过这个登录我们的账号，但是我们的个人信息被保护了起来，没有被泄露。而且对应网站也可以采取一些措施，比如如果位置变化很远，服务端便立马让此cookie失效，需要重新输入账号密码。极大程度的保护了我们的隐私安全。

这里便是http协议的全部内容了。

简易的http服务器

这个我们将制作一个简易版的http的demo。我们的目的是当有客户端请求我们的网站时，我们能对这个请求做出响应，并展示请求的结果。

这里我们主要编写服务端，客户端我们使用telnet或者直接网页输入地址进行连接访问即可。

这里共有5个文件，包括Sock.hpp(对socket系列接口的封装)、HttpServer.hpp(服务器的相关接口，主要是包括对服务器的初始化，以及启动等相关操作)、HttpServer.cc(服务器的主逻辑，调用相关接口初始化服务器，并提供一个回调函数即对请求的处理方法HandlerHttpRequest)、Util.hpp(用于对客户端请求字段的切分，服务端提取相关的字段进行处理)、log.hpp(日志文件，只要用于记录相关接口是否被成功调用)。

Sock.hpp

这部分前面好几章都已经详细介绍了，代码不变，主要就是对一些接口的封装：

#pragma once
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <memory>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <cstring>
#include <ctype.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "log.hpp"using namespace std;
class Sock
{
public:const static int gbacklog = 20;Sock(){}int Socket(){// 1.创建套接字int listensock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (listensock < 0){logMessage(FATAL, "%d:%s", errno, strerror(errno));exit(2);}return listensock;}int Bind(int sock, uint16_t port, string ip = "0.0.0.0"){// 2.bindstruct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof local);local.sin_family = AF_INET;//使用的协议簇为IPv4local.sin_port = htons(port);//填入端口号//local.sin_addr.s_addr = ip.empty() ? INADDR_ANY : inet_addr(ip.c_str());local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(sock, (struct sockaddr *)&local, sizeof local) < 0){logMessage(FATAL, "bind error", errno, strerror(errno));exit(3);}}void Listen(int sock){// 3.因为TCP是面向连接的，意味着当我们正式通信的时候，需要先建立连接if (listen(sock, gbacklog) < 0){logMessage(FATAL, "listen error", errno, strerror(errno));exit(3);}}// const string& 输入型参数// string* 输出型参数// string& 输入输出型参数int Accept(int listensock, string *ip, uint16_t *port){struct sockaddr_in src;socklen_t len = sizeof src;int servicesock = accept(listensock, (struct sockaddr *)&src, &len);if (servicesock < 0){logMessage(ERROR, "accept error", errno, strerror(errno));return -1;}if (port)*port = ntohs(src.sin_port);if (ip)*ip = inet_ntoa(src.sin_addr);return servicesock;}bool Conncect(int sock,string server_ip, uint16_t server_port){struct sockaddr_in server;memset(&server,0,sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(server_port);server.sin_addr.s_addr=inet_addr(server_ip.c_str());// cout << server.sin_port << " " << server.sin_addr.s_addr << endl;if(connect(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof server) == 0) return true;else {perror("connect"); return false; }}~Sock(){}};

HttpServer.hpp

该服务器类有四个成员变量，分别是listensock_，表示监听的套接字；port_，表示该服务器开放的端口号；Sock类的sock_，用于后续调用相关的socket的接口；func_,表示调用的方法。

#pragma once
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <functional>
#include <sys/types.h>
#include <string>
#include "Sock.hpp"class HttpServer
{
public:using func_t = function<void(int)>;
private:int listensock_;//监听的套接字uint16_t port_;//端口号Sock sock;func_t func_;
public:HttpServer(const uint16_t& port,func_t func):port_(port),func_(func){                                                   listensock_ = sock.Socket();sock.Bind(listensock_,port_);sock.Listen(listensock_);}void Start(){for(;;){signal(SIGCHLD,SIG_IGN);string clientIp;uint16_t clientPort;int sockfd = sock.Accept(listensock_,&clientIp,&clientPort);cout << sockfd << endl;if(sockfd < 0){cout << "Accept Error" << endl;continue;}if(fork() == 0){func_(sockfd);exit(1);}close(sockfd);}}~HttpServer(){if(listensock_ >= 0){close(listensock_);}}
};

HttpServer.cc

main函数主要是初始化和启动服务器。

然后我们使用的方法是HandlerHttpRequest，该函数如下实现：

先将客户端的请求数据读取到自定义的缓冲，然后对请求到的数据进行切分。

首先由于http协议格式是基于行的文本协议，所以我们可以先按行切分成每段，存放到vector中，然后对第一行进行按空格解析，第一行是 方法 url 协议版本.

我们接下来要对解析出来的url进行分析。我们要知道，根目录在url地址中默认不显示。当我们访问一个网站时，实则是访问的是根目录，默认访问的是根目录中的index.html。

假设我们创建一个根目录是wwwroot，然后在里面再创建一个子目录a，再在a目录中创建一个test.html。这样假设我们要访问test.html时，需要在端口号后面加上/a/index.html.

然后我们构建一个string 响应，先在开头加上"HTTP/1.1 200 OK\r\n" 表示访问成功，然后加上刚才文件的路径，构成一个完整的响应然后send发送给客户端。

代码如下：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <memory>
#include <fstream>
#include <assert.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "HttpServer.hpp"
#include "Util.hpp"// 一般http都有要自己的web根目录
#define ROOT "./wwwroot"
// 如果客户端只请求了一个/，我们默认返回首页
#define HOMEPAGE "index.html"
using namespace std;void Usage(string proc)
{cout << "\nUsage: "<< " port\n"<< endl;
}
void HandlerHttpRequest(int sockfd)
{// 1. 读取请求 for testchar buffer[10240];ssize_t s = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);if (s > 0){buffer[s] = 0;}std::cout << buffer << "\n--------------------\n" << std::endl;std::vector<std::string> vline;Util::cutString(buffer, "\n", &vline);std::vector<std::string> vblock;Util::cutString(vline[0], " ", &vblock);std::string file = vblock[1]; std::string target = ROOT;if(file == "/") file = "/index.html";// wwwroot/index.htmltarget += file;std::cout << target << std::endl;std::string content;std::ifstream in(target);if(in.is_open()){std::string line;while(std::getline(in, line)){content += line;}in.close();}std::string HttpResponse;HttpResponse = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";HttpResponse += "\r\n";HttpResponse += content;// 2. 试着构建一个http的响应send(sockfd, HttpResponse.c_str(), HttpResponse.size(), 0);
}int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){Usage(argv[0]);exit(0);}std::unique_ptr<HttpServer> httpserver(new HttpServer(atoi(argv[1]), HandlerHttpRequest));httpserver->Start();return 0;
}

Util.hpp

这个文件作用主要是对字符串按照指定的字符进行划分。

首先使用find函数，查找指定的字符，得到该字符的下标，然后利用substr得到这一段字符串，然后后面循环如此进行，便把字符串按照指定的字符分隔开了。

#pragma once#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>class Util
{
public:// aaaa\r\nbbbbb\r\nccc\r\n\r\nstatic void cutString(std::string s, const std::string &sep, std::vector<std::string> *out){std::size_t start = 0;while (start < s.size()){auto pos = s.find(sep, start);if (pos == std::string::npos) break;std::string sub = s.substr(start, pos - start);// std::cout << "----" << sub << std::endl;out->push_back(sub);start += sub.size();start += sep.size();}if(start < s.size()) out->push_back(s.substr(start));}
};

还有最后一个日志log.hpp，这个写不写无所谓了，大家可以把上面有关logMessage的去掉即可，或改成if判断也可。

最终效果，我们运行起服务器：