【计网】从零开始学习http协议 --- http的请求与应答

如果你不能飞，那就跑；

如果跑不动，那就走；

实在走不了，那就爬。

无论做什么，你都要勇往直前。

--- 马丁·路德·金 ---

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1 什么是http协议

虽然我们说, 应用层协议是我们程序猿自己定的. 但实际上, 已经有大佬们定义了一些现成的, 又非常好用的应用层协议, 供我们直接参考使用。 HTTP(超文本传输协议)就是其中之一。http应用十分的广泛，几乎每一名程序员（无论前后端 无论C++/Java/Go…）都会接触到！

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） 与服务器之间如何通信， 以交换或传输超文本，超文本支持视频，网页 ，图片等等！

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。 HTTP 协议是一个无连接、 无状态的协议， 即每次请求都需要建立新的连接， 且服务器不会保存客户端的状态信息。

但是有个疑问？http是基于TCP协议的，也就是面向连接的，为什么http确是无连接的协议呢？
因为http会使用Tcp建立的链接，无需再次建立新的链接。就好比之前我们实现的网络计算器，服务端和客户端的连接是通过TCP建立的，但是通信传输Request和Response直接通过Tcp建立的连接即可，无需再次建立连接！

2 认识URL

平时我们浏览的网站：百度 ， 哔哩哔哩 ，力扣…等等网站都有一个域名

百度 ：https://www.baidu.com/
哔哩哔哩：https://www.bilibili.com/
力扣：https://leetcode.cn/
...

这些网址都是https协议，这些网址其实就是URL！

访问时会将网址解析成IP地址！一般成熟的协议名称与端口号是强关联的，称之为知名端口号！

1. HTTP (Hypertext Transfer Protocol)：端口号：80 ，用于在Web服务器和客户端之间传输网页。
2. HTTPS (HTTP Secure)：端口号：443， HTTP的安全版本，通过SSL/TLS加密传输数据。
3. FTP (File Transfer Protocol)：
   • 控制端口：21 ，用于文件传输。
   • 数据端口：20，（主动模式）或随机端口（被动模式）
4. SSH (Secure Shell)：端口号：22 ，用于安全地访问远程服务器。

为什么平时访问网站并没有输入端口号？
只有同时具备IP地址和端口号才可以访问到对应的服务器，浏览器发起请求时会自动拼接端口号80！就类似日常生活中报警会自觉想到拨打110 ， 火灾会自然的想到拨打119！

通信中离不开“资源”两个字，通信要么是从别处获取资源，要么是向对方发送资源。http协议下的资源是超文本！
网页，图片，音频，视频都是超文本！在进行通信之前，用户想要获取的资源都在后端的云服务器中，云服务器一般都是Linux系统，那么在Linux视角下不就都是文件吗！

为了将这个文件（资源）发给客户端，就必须要找到这个文件，那么怎么找到这个文件呢？当然是通过文件的唯一标识符 — 路径来实现！在URL中后半部分不就是我们的路径吗！这样通过IP地址确定的唯一主机+唯一的路径就可以标识互联网中的唯一的文件资源！

注意第一个斜杠不是Linux服务器的根目录，而是web根目录，web根目录可以是Linux中的任何目录！

所以URL就叫：统一资源定位符

urlencode 和 urldecode

• 像 / ? : 等这样的字符，已经被 url 当做特殊意义理解了。因此这些字符不能随意出现。比如,某个参数中需要带有这些特殊字符，就必须先对特殊字符进行转义。
• 转义的规则如下： 将需要转码的字符转为 16 进制， 然后从右到左， 取 4位(不足 4 位直接处理)， 每 2 位做一位， 前面加上%，编码成%XY 格式

3 http的请求和应答

3.1 服务端设计

下图是http请求的一个信息：

接下来我们来通过代码实验，来测试一下是否可以获取到这些信息！
首先我们简化一下代码，在传输层直接进行IO，直接在Socket文件中获取数据流，将线程的函数方法修改为以下形式：

	// 注意设置为静态函数 ， 不然参数默认会有TcpServer* this!!!static void *Execute(void *args){pthread_detach(pthread_self()); // 线程分离！！！// 执行Service函数TcpServer::ThreadData *td = static_cast<TcpServer::ThreadData *>(args);// 直接进行IOstd::string reqstr;// 这里默认读取到的是完整的请求ssize_t n = td->_sockfd->Recv(&reqstr);if (n > 0){std::string resstr = td->_this->_service(reqstr);td->_sockfd->Send(resstr);}td->_sockfd->Close();delete td;return nullptr;}

回调函数单独设计一个HttpServer类来获取客户端申请的数据，目前直接进行简单的打印处理就好！

#include <iostream>
#include <string>class HttpServer
{
public:HttpServer(){}std::string HandlerHelperRequest(std::string& Requeststr){std::cout<<"------------------"<<std::endl;std::cout << Requeststr << std::endl;return std::string();//暂时这样}~HttpServer(){}
};

然后ServerMain中,将HandlerHelperRequest作为回调函数构造TcpServer！进行启动即可！那么接下来我们是不是就可以在外界通过IP地址和端口号就可以访问Linux服务器上启动的进程了呢？？？还不可以，我们需要对Linux云服务器做一些处理，才能让外界成功的访问！

3.2 如何让外界可以访问Linux云服务器

让外界可以访问Linux云服务器需要两步操作：云服务器的安全组设置和服务器操作系统层面的防火墙设置。

云服务器的安全组设置操作步骤如下，这里以阿里云服务器为例：

1. 首先在控制台中找到安全组，打开需要操作的实例对象
2. 在实例中手动添加需要使用什么协议开放哪些端口，手动保存即可：
   • 协议类型：选择 TCP
   • 端口范围：填写“8888/8888”或“8888-8888”
   • 授权对象：可以设置为“0.0.0.0/0”以允许所有IP访问，但出于安全考虑，建议限制为您的IP地址或特定IP范围。
     

云服务器设置好时候，接下来就进行服务器操作系统层面的防火墙设置：

1. 对于CentOS：

   # 查看防火墙状态
   sudo systemctl status firewalld
   # 如果需要，启动防火墙服务
   sudo systemctl start firewalld
   # 检查端口8888是否开放
   sudo firewall-cmd --zone=public --query-port=8888/tcp
   # 如果端口未开放，添加端口规则
   sudo firewall-cmd --zone=public --add-port=8888/tcp --permanent
   # 重新加载防火墙规则
   sudo firewall-cmd --reload
   

2. 对于Ubuntu：

   # 查看防火墙状态
   sudo ufw status
   # 如果需要，启用ufw
   sudo ufw enable
   # 检查端口8888是否开放
   sudo ufw allow 8888/tcp
   # 如果端口未开放，添加规则
   sudo ufw allow 8888/tcp
   # 重新加载防火墙规则
   sudo ufw reload
   

这样外界就可以通过IP地址和端口访问到对应的进程了！！！

3.3 运行测试

测试之前我们先获取一个当前机器的IP地址：

1. 使用 curl 命令：

   curl ifconfig.me
   

2. 使用 wget 命令：

   wget -qO- ifconfig.me
   

都可以获取到机器的外网IP！
我们启动程序，等待外部的链接：
可以通过手机或者电脑的浏览器通过IP地址和端口号来进行访问：

进行访问之后，会获取到对应的信息：

可以看到电脑WIndows系统和手机IPhone都成功的访问了我们的服务器！！！非常cool！！！

4 理解http请求与应答

4.1 宏观理解

请求和应答是http协议中双方都认识的结构化数据：

一个基本的http请求的格式是这个样子的，按行为单位！

1. 请求行：指出请求类型（如GET或POST）、资源路径和使用的HTTP版本：
   • 方法（Method）：表明对资源的请求类型，如 GET（获取资源）、POST（提交数据）、PUT（更新资源）、DELETE（删除资源）等。
   • URI（Uniform Resource Identifier）：请求的资源的路径，例如一个网页的地址的后半部分。
   • HTTP版本（HTTP Version）：表明使用的HTTP协议版本，如 HTTP/1.1 或 HTTP/2。
2. 请求报头：提供关于客户端环境和请求本身的信息，如用户代理、接受的内容类型等。其中是以键值对的方式进行存储。
3. 空行：请求报头和请求正文之间的分隔符。
4. 请求正文（可选）：包含要发送给服务器的数据，如表单数据。

http的应答与请求的格式很类似：

1. 状态行：包含HTTP版本、状态码和状态消息。例如，HTTP/1.1 200 OK 表示服务器成功处理了请求。
2. 响应报头：提供关于响应的信息，如内容类型、内容长度、服务器类型、设置Cookie等。例如：
3. 空行：响应报头和响应正文之间的分隔符。
4. 响应正文（可选）：包含从服务器返回的实际内容，如HTML页面、图片或其他数据。

知道了请求和报文的结构，其本质上还是报文，那么如何将其报头与有效载荷进行分离呢？
我们看到的请求和应答的结构可以看到，报头和报文是通过换行符进行分割的！巧了我们之前不也是这样进行操作的吗！而且只要有正文，就会有对应的content-length:xxx来帮我我们判断正文的是否完整！

4.2 http请求反序列化

接下来我们简单设计一下HttpRequesthttp请求的结构化数据！
首先根据其整体的结构我们可以加入四个成员变量：请求行 ，请求报头， 空行 ，请求正文

// 设计http协议
class HttpRequest
{
public:HttpRequest(){}void Serialization(std::string &reqstr){}void Deserialization(std::string &reqstr){}~HttpRequest(){}private:std::string _req_line;                 // 请求行std::vector<std::string> _req_headers; // 请求报头std::string _blank_line;               // 分割行std::string _req_body_text;            // 正文
};

这是最基本的四块数据，我们先对这四部分进行反序列化。因为他们都是根据分隔符\r\n进行分割的字符串，所以十分好处理：

std::string GetLine(std::string &reqstr){// 寻找分隔符auto pos = reqstr.find(base_sep);if (pos == std::string::npos)return std::string();std::string line = reqstr.substr(0, pos);if (line.empty())return base_sep;// 在原字符串中删除reqstr.erase(0, base_sep.size() + line.size());return line;}void Deserialization(std::string &reqstr){// 进行反序列化_req_line = GetLine(reqstr);//请求行do{std::string header = GetLine(reqstr);if (header == "")break;else if (header == base_sep)break;else_req_headers.push_back(header);} while (true);//请求报头_blank_line = GetLine(reqstr);//空行_req_body_text = GetLine(reqstr);//请求正文}

这样就可以将一个字符串切分为四个部分了：

接下来我们可以对数据进行进一步处理：我们加入更加具体的成员变量

		std::string _method; //请求方法std::string _url; //请求路径std::string _version;//版本std::unordered_map<std::string , std::string> _kv_headers;//报头

处理很简单：按照字符串结构编写代码即可！

 void ParseReqLine(){// 优雅的操作！！！std::stringstream ss(_req_line);ss >> _method >> _url >> _version;}void ParseReqHeader(){for (auto &header : _req_headers){auto pos = header.find(line_sep);if (pos == std::string::npos)continue;std::string k = header.substr(0, pos);std::string v = header.substr(pos + line_sep.size());if (k.empty() || v.empty())continue;_kv_headers.insert(std::make_pair(k, v));}}void Deserialization(std::string &reqstr){// 进行反序列化//...//----------------具体数据的处理-------------------ParseReqLine();   // 请求行的处理！！！ParseReqHeader(); // 处理报头}

我们可以将结果打印出来看看：

非常好，我们成功将reqstr进行了反序列化，之后我们再来实现业务逻辑的代码！！！

后续文章，敬请期待！