⭐️ 本篇博客开始给大家介绍应用层的一个协议——HTTP协议，我会带大家先认识协议，再谈HTTP协议的格式、报头、状态码和方法等相关细节，我还会简单介绍一下在他基础之上扩增一层软件层的协议——HTTPS，它相比HTTP来说，要更安全一些。话不多说，进入今天主要内容~

认识协议

协议是一种“约定”，这种约定是双方都知道的。有了一致的约定，双方才能够正常地进行通信。协议在网络的第一篇博客中也提到过，协议是双方进行通信的基础，在网络通信中存在着各种协议，有了这些协议，网络的通信才能够正常运转。

今天我要用一个例子带大家认识协议——网络计算器。我结合上一篇博客的线程池版本的TCP服务器进行编写这个网络计算器。
大致过程如下：

• 客户端向服务端发送一个请求数据包
• 服务端将请求数据包进行解析，并且进行业务处理，然后返回一个响应数据包给客户端
• 客户端将响应数据包进行解析，得到计算结果

注意： 客户端将请求封装成一个数据包，该过程叫做序列化，服务端将请求数据包进行解析的过程叫做反序列化。目前市面上有json、xml等格式，都可以供程序员进行该操作。

协议定制：

• 请求数据包用一个结构体进行封装，里面有两个操作数和一个操作符
• 响应数据包也用一个结构体进行封装，里面有计算结果和状态码

协议的头文件如下：

/**Protocol.hpp**/#pragma oncestruct request{int _num1;int _num2;char _op;request(int num1, int num2, char op):_num1(num1) ,_num2(num2) ,_op(op){}};struct response{int _code;// 0 正常 1 除以0错误2 操作符选择错误int _result;// 结果response(int code, int result):_code(code) ,_result(result){}};

客户端填充请求数据包： 客户端需要让用户输入两个操作数和一个操作符，然后填充好请求数据包（序列化），并且调用send将请求数据包发送过去，然后reccv接受服务端发送过来的响应数据包，并且进行解析（反序列化），分析出状态码和结果即可，代码如下（客户端发起请求部分的代码，服务器创建和上篇博客代码一样）：

void Request(){std::string msg;while (1){request rq(0, 0, 0);std::cout << "Please Enter first num# ";std::cin >> rq._num1;std::cout << "Please Enter second num# ";std::cin >> rq._num2;std::cout << "Please Enter(format:num1(+-*/)num2)# ";std::cin >> rq._op;send(_sock, &rq, sizeof(rq), 0);response rp(0, 0);ssize_t size = recv(_sock, &rp, sizeof(rp), 0);if (size <= 0){std::cerr << "read error" << std::endl;exit(-1);}if (rp._code == 1){std::cout << "code: " << rp._code << std::endl;//std::cout << "除零错误" << std::endl;}else if (rp._code == 2){std::cout << "code: " << rp._code << std::endl;//std::cout << "非法操作符" << std::endl;}else{std::cout << "code: " << rp._code << std::endl;std::cout << "result: " << rp._result << std::endl;}}}

服务端响应： 这里使用了线程池为每个服务端提供服务，这里只需要修改Task中的Run方法即可，也就是修改业务处理的部分，代码如下：

static void Service(std::string ip, int port, int sock){while (1){request rt(0, 0, 0); ssize_t size = recv(sock, &rt, sizeof(rt), 0);// 阻塞方式读取 if (size > 0){// 正常读取size字节的数据std::cout << "[" << ip << "]:[" << port<< "]# "<< rt._num1 << rt._op << rt._num2 << "=?"<< std::endl;response rp(0, 0);switch(rt._op){case '+':rp._result = rt._num1 + rt._num2; break;case '-':rp._result = rt._num1 - rt._num2; break;case '*':rp._result = rt._num1 * rt._num2; break;case '/':if (rt._num2 == 0){rp._code = 1;}else{rp._result = rt._num1 / rt._num2; }break;default:rp._code = 2;break;}send(sock, &rp, sizeof(rp), 0);}else if (size == 0){// 对端关闭std::cout << "[" << ip << "]:[" << port<< "]# close" << std::endl;break;}else{// 出错std::cerr << sock << "read error" << std::endl; break;}}close(sock);std::cout << "service done" << std::endl;}struct Task{int _port;std::string _ip;int _sock;Task(int port, std::string ip, int sock):_port(port),_ip(ip) ,_sock(sock){}void Run(){Service(_ip, _port, _sock);}};

代码运行效果如下：

正常运算：

错误处理： 状态码为1，表示发生除0错误

HTTP协议

介绍

HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写，本质是基于TCP协议来进行文本设置完成协议通信。HTTP协议支持客户端——服务端模式，也就是请求与响应模式，且客户端需要以浏览器的方式访问服务端。

上网的大部分行为就是进行进程间通信，获取信息和发送信息：

1. 把服务器资源拿到本地（下载资源、刷视频等）
2. 把本地资源推送到服务器（搜索信息）

URL、URI和URN

• URI： 统一资源标识符(Uniform Resource Identifier)，用来标识资源的唯一性
• URN： 统一资源名称(Uniform Resource Name)，用名字标识资源
• URL： 统一资源定位符（Uniform Resource Locator），给互联网上的每一个文件资源都贴上这样一个唯一标签，并且包含了资源位置信息和访问方式浏览器可以通过URL中的文件位置信息找到对应的资源文件。

结构：

• 协议方案名： 发起请求用到的协议
• 登录信息： 登录认证是用的的信息，通常被忽略
• 服务器地址： 访问资源所在的服务器的地址，也就是域名（字符串风格的）
• 端口号： 服务器绑定的端口号
• 文件路径： 访问资源在目标服务器上的位置信息
• 查询字符串： 查询信息
• 片段标识符： 对某些资源信息的描述与补充

三者关系与区别：

• URL是URI的一种，URL是URI的一种具体表现，包含了资源的位置信息和获取资源的方式
• URN是URI的一种，用特定命名字标识资源，但不包含访问方式。
  
  

urlencode和urldecode

urlcode是一种编码方式，urldecode是一种解码方式。在客户端向服务器发起http请求时，为了方便http服务器识别，会将请求进行urlcode编码，同样地httpserver也会对这些字符进行urldecode解码。
编码规则：

1. 数字，字母和连字符不作处理
2. 中文字符和特殊字符会进行编码
3. 要转码的字符会被转为16进制，从右至左取4位，每两位为以为，前面加上%，编码成%XY格式

代码实现如下：

string UrlEncode(const string& szToEncode){string src = szToEncode;char hex[] = "0123456789ABCDEF";string dst; for (size_t i = 0; i < src.size(); ++i){unsigned char cc = src[i];if (isascii(cc)){if (cc == ' '){dst += "%20";}elsedst += cc;}else{unsigned char c = static_cast<unsigned char>(src[i]);dst += '%';dst += hex[c / 16];dst += hex[c % 16];}}return dst;}string UrlDecode(const string& szToDecode){string result;int hex = 0;for (size_t i = 0; i < szToDecode.length(); ++i){switch (szToDecode[i]){case '+':result += ' ';break;case '%':if (isxdigit(szToDecode[i + 1]) && isxdigit(szToDecode[i + 2])){string hexStr = szToDecode.substr(i + 1, 2);hex = strtol(hexStr.c_str(), 0, 16);//字母和数字[0-9a-zA-Z]、一些特殊符号[$-_.+!*'(),] 、以及某些保留字[$&+,/:;=" />//可以不经过编码直接用于URLif (!((hex >= 48 && hex <= 57) || //0-9(hex >=97 && hex <= 122) || //a-z(hex >=65 && hex <= 90) ||//A-Z//一些特殊符号及保留字[$-_.+!*'(),][$&+,/:;=?@]hex == 0x21 || hex == 0x24 || hex == 0x26 || hex == 0x27 || hex == 0x28 || hex == 0x29|| hex == 0x2a || hex == 0x2b|| hex == 0x2c || hex == 0x2d || hex == 0x2e || hex == 0x2f|| hex == 0x3A || hex == 0x3B|| hex == 0x3D || hex == 0x3f || hex == 0x40 || hex == 0x5f)){result += char(hex);i += 2;}else result += '%';}else {result += '%';}break;default:result += szToDecode[i];break;}}return result;}

在线工具： https://tool.chinaz.com/tools/urlencode.aspx

HTTP协议格式

请求协议格式

我们可以编写一个简单的基于TCP协议的服务器，并且通过以浏览器作为客户端，对服务器发起请求，并把请求部分打印下来，代码如下：

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include using namespace std;int main(){// 创建套接字int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (listen_sock < 0){cerr << "socket creat fail" << endl;exit(1);}cout << "socket creat succes, socket: " << listen_sock << endl;// 绑定struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(8081);local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(listen_sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){cerr << "bind fail" << endl;exit(2);}cout << "bind success" << endl;// 将套接字设置为监听状态if (listen(listen_sock, 5) < 0){cerr << "listen fail" << endl;exit(3);}struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);while (1){// 获取连接int sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&peer, &len);if (sock < 0){cerr << "accept error" << endl;continue;}// 创建子进程if (fork() == 0){close(listen_sock);if (fork() > 0){exit(-1);}else{// 孙子进程while (1){char buf[1024];ssize_t size = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);if (size >0){buf[size] = 0;cout << "#################################### http begin ############################################" << endl;cout << buf << endl;cout << "#################################### http end ############################################" << endl;}}else if (size == 0){cout << "close" << endl;break;}else{cerr << "recv error" << endl;}}close(sock);exit(0);}}close(sock);waitpid(-1, nullptr, 0);}return 0;}

下面是通过浏览器对我们的服务器发起请求：

请求内容：

上面是一次请求的内容，大体分为四个部分：请求行、请求报头、空行和请求正文

• 请求行： 请求方法+请求url+http协议版本
• 请求报头： 请求相关属性信息，以key:value的形式显示，且用空行分隔每一个属性信息
• 空行： 分隔报头和报文
• 请求正文： 允许为空，且如果请求方法为post，请求报头中会有Content-Length属性字段来标识请求正文的长度

回答几个小问题：

1、HTTP协议如何保证报头和有效载荷分离？

通过空行来分离报头和有效载荷，空行之后都是有效载荷的内容，且一般还会有Content-Length属性字段来标识正文的长度

2、服务端如何保证自己读取报头完毕？

循环读取，直到读到空行，就说明报头信息读取完毕

响应协议格式

响应的格式如下：

• 响应行： 版本号+状态码+状态码解释
• 响应报头： 响应相关属性信息，以key:value的形式显示，且用空行分隔每一个属性信息
• 空行： 分隔报头和报文
• 响应正文： html、JSON、XML等格式的文本

为了更好地让大家看到响应的效果，这里再上面的代码的基础上增加一点响应的部分，其中包含两个字段：Content-Type（正文格式，数据类型）和Content-Length（正文长度） 两个字段
这里我们正文返回一个html格式的表单，具体如下：

<!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>注册页面</title></head><body><form method = "POST" name="注册表" action="mysql_cgi">用户名：<input type="text" name = "username"> <br/>密码：<input type="password" name = "password"> <br/><input type=submit value="注册"> </form></body></html>

这里使用sendfile这个接口来发送该文本，该接口可以直接将一个文件的内容拷贝给另一个文件，且在内核中完成该操作，效率极高，介绍如下：
sendfile

功能： 把一个文件描述符的内容拷贝给另一个文件描述符，在内核层完成该操作，不经过用户层，比read和write的效率高

#include  ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

参数：

• out_fd: 要被写入的文件描述符
• in_fd: 要被读取的文件描述符
• offset: 偏移量，可以记录读取文件的位置
• count: 要拷贝内容的大小

返回值： 成功返回已经写入的字节数，失败返回-1

在sendfile这个接口中，需要填充需要发送多少字节，这里我们发送整个文件，所以这里为了能够获取一个文件大小，这里再介绍一个接口stat，具体如下：
stat

功能： 获取文件的属性

#include #include #include  int stat(const char *pathname, struct stat *buf); 

参数：

• pathname: 文件所在路径
• buf: 存储文件属性的struct stat类型的结构体

返回值： 成功返回0，失败返回-1

我们可以通过stat获取文件大小，填充Content-Length字段，然后通过sendfile接口发送html格式的文件到套接字中，具体如下：

// 响应int fd = open("index1.html", O_RDONLY);struct stat st;stat("./index1.html", &st);//string status_line = "HTTP/1.1 307 Temporary Redirect";string status_line = "HTTP/1.1 200 OK\n";// 2.响应报头string response_header = "Content-Length: " + to_string(st.st_size) + "\n";response_header += "Content-Type: text/html\n";//response_header += "Set-Cookie: ;\n";//response_header += "location: https://www.qq.com\n";// 3.空行string blank = "\n";// 4.正文send(sock, status_line.c_str(), status_line.size(), 0);send(sock, response_header.c_str(), response_header.size(), 0);send(sock, blank.c_str(), blank.size(), 0); sendfile(sock, fd, nullptr, st.st_size);close(fd);

这里分别用telnet和Postman做测试：

1. telnet
   

2. Postman
   
   
   

回答几个问题：

1. 如何将报头和有效载荷进行分离？

空行分隔有效载荷和报头

2. 如何将报文读取完毕？

在读取报头时，将Contetn-Length属性字段描述的内容记录下来，正文读取Content-Length大小的内容，就代表将正文读取完毕

HTTP的方法

列举常见的几种：

说明： HTTP/1.1在HTTP/1.0基础上增加了长连接和缓存处理等内容，HTTP/1.0是基于请求与响应的，每次发送请求都需要重新建立连接，获得响应后关闭连接，而HTTP/1.1是支持长连接，客户端可以通过一个连接向服务器发起多个HTTP请求，上层依次读取请求后还会保持连接。

这里主要介绍两个方法：GET和POST

1. GET 可以直接获取资源，还可以上传数据，通过url进行参数的传递（例如：” />

   下一次访问该网站时，浏览器会自动将cookie文件中的内容提取并填充请求报头中的cookie字段，这样服务器端也就自动完成了认证，也就实现了免账号密码登录了。
   

   cookie文件分为内存级别和文件级别，前者是浏览器关闭，cookie文件就消失，后者是保存在本地磁盘，可以永久保存。

   cookie带来的问题：
   cookie文件容易被恶意软件盗取，或者一些非法钓鱼网站获取，这样非法用户就可以拿着我们的cookie文件登录访问我们登陆过的网站，这样就造成了信息泄漏。
   cookie和session共同解决：
   为了解决cookie文件泄漏的问题，又引进了一种机制——session，cookie与session结合使用，减少了信息泄漏的可能性。具体如下：
   在上面的基础上增加了一个session的机制，浏览器第一次想服务端发起请求，服务器会创建一个Session将用户的信息进行保存，用来确定用户身份，同时会生成一个Session ID，服务器会将这个Session ID进行返回，给浏览器，浏览器会将Session ID保存在Cookie文件中，以后的每一次认证，都是通过Session ID来进行的
   
   这样，Session通过在服务器端记录信息确定用户身份，Cookie通过在客户端记录信息确定用户身份。当然Session ID也是有时间限制的，Cookie的文件大小也限制在了4K。这样就能够比单纯使用Cookie更安全。

   HTTPS

   HTTPS是HTTP的安全版本，也叫超文本安全传输，HTTPS会对要传输的数据进行加密，由SSL软件层来提供加密基础，这样HTTPS就比HTTP更安全。可以理解为HTTP+SSL/TSL=HTTPS，SSL和TSL选择一个，SSL（Secure Sockets Layer）协议既安全套接字层协议，TLS（Transport Layer Security）协议即安全传输层协议。
   )
   HTTP和HTTPS区别：

   1. HTTP使用明文传输数据，HTTPS是密文传输，中间有一层SSL或TSL进行加密，更安全
   2. HTTP使用的端口号是80，HTTPS使用的端口号是443
   3. HTTPS需要申请证书

   总结

   HTTP协议的全部内容就介绍到这里了，喜欢的话，欢迎点赞、收藏和关注支持~