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Linux网络之http协议

article 2025/2/10 15:01:33

目录

URL

urlencode和urldecode

HTTP协议

HTTP协议的格式

如何理解/ 

HTTP请求方法

 POST和GET方法对比

HTTP常见header

HTTP响应状态码

3XX状态码

长链接和短链接 

cookies 

session 

在之前学习基于TCP的socket编程的时候，我们使用两种方法，实现了一个简单的计算器小程序。一种以结构化数据在客户端和服务器端之间进行网络传输，一种以序列化成字符串后的数据在客户端和服务器间进行网络传输。无论是上面的哪一种方案，只要能在客户端进行数据的正确发送，只要能在服务器端进行数据的正常解析接收，我们就称这是一种约定，也就称这是一种协议，这种协议是基于应用层程序员自己实现的一种协议。当然，在计算机网络中，已经拥有了一些实用，现成大佬们创建好的协议------HTTP协议(超文本传输协议)，这便是我们本期的内容。

URL

URL：统一资源定位符，用于定位互联网上资源的地址。URL的组成部分为：协议，域名，路径，查询参数，片段。

URL图示如下。 

 URL的作用是什么呢？ 

我们知道，在计算机网络中，我们通过公网IP可以唯一确认一台主机，在一台主机上，我们可以通过路径确认一个文件资源，所以我们可以通过IP+路径确认一台主机上的一个文件资源。我们通常使用域名来表示一个IP，所以我们可以通过URL去访问一台主机上的一个资源。 

urlencode和urldecode

观察下图。

 为什么我们在搜索框中输入的是C++却在顶层的搜索框中出现了C%2B%2B的字符串呢？

在URL中我们有资源路径的概念，所以如果我们要检索的字符串中含有/这个字符，就必须对对应的字符进行特殊处理，即转义，转义的过程我们称为urlencode，反转义的过程我们称之为urldecode。 

转义的规则：一个字符为一个字节，一个字节就是8个bit位，而一个16进制位是4个bit位。所以我们对于一个字符，从右往左，进行转义，用一个16进制位替代4个bit位，不足补0直接处理，最终在转义的2个16进制位前加上%,这就是转移之后的字符。

下图为encode和decode的过程。 

HTTP协议

HTTP协议的格式

http请求如下。 

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/58.0.3029.110 Safari/537.3
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Connection: keep-alive

那么http请求主要由4部分组成，请求行，请求报头，空行，请求正文。

  • 首行: [方法] + [url] + [版本]。
  • Header: 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 。

http响应如下。

HTTP/1.1 200 OK
Date: Mon, 23 May 2022 22:38:34 GMT
Server: Apache/2.4.1 (Unix)
Last-Modified: Wed, 18 May 2022 15:17:12 GMT
Content-Length: 1234
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Connection: close

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Example Page</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello, World!</h1>
</body>
</html>

http响应也由4部分组成，状态行，响应报头，空行，响应正文。

  • 首行: [版本号] + [状态码] + [状态码解释]。
  • Header: 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。

如何理解/ 

我们自己创建一个Http的服务器端。代码如下。

#include "Sock.hpp"
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

void *handle(void *args)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    int fd = *(int *)args;
    delete (int *)args;

// 定义一个缓冲区，作为输出型参数，获取client端写入的数据
#define SIZE 1024 * 10
    char buffer[SIZE];
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    ssize_t s = recv(fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    if (s > 0)
    {
        buffer[s] = 0;
        // 查看读取的请求
        std::cout << buffer;

        // 对客户端进行回应

        std::string response = "http/1.0 200 OK\n";
        response += "Content-Type: text/plain\n"; // 文本类型为普通文本
        response += "\n";                         // 空行
        response += "yjd Made in China!";

        send(fd, response.c_str(), response.size(), 0);
    }
    close(fd);
    return nullptr;
}

int main(int args, char *argv[])
{
    if (args != 2)
    {
        return 1;
    }
    // 作为服务器端
    // 1.创建socket文件
    int Listen_fd = Socket::Sock();
    // 2.绑定IP和端口号
    Socket::Bind(Listen_fd, atoi(argv[1]));
    // 3.进行监听
    Socket::Listen(Listen_fd);
    // 4.持续的获取链接

    for (;;)
    {
        int newfd = Socket::Accept(Listen_fd);
        int *fd = new int(newfd);
        pthread_t pid;
        pthread_create(&pid, nullptr, handle, (void *)fd);
    }

    return 0;
}

我们知道无论是http的请求还是响应，协议的格式，都是以一行为分割。如第一行请求行，通过第一个\n可以判断到请求行读取结束，然后读取header，读到空行意味着读取结束，最终空行之后就是请求的正文。 我们可以将http请求和http响应的每一行作为一个字符串，然后将整体的字符串拼接成一个大的字符串然后在网络中进行传输。

在浏览器中访问服务器，前端界面，后端的请求和响应如下。

在http请求中，这个/到底代表什么？代表请求根路径的资源吗？

nonono，这个/表示响应表示请求的资源的主页。 一般情况下，在服务器端，会有一个资源根目录，在这个根目录里面的html文件我们一般称之为服务器的主页，当客户端请求获取/时，其实就是返回服务器端根目录下的html主页。

index.html代码如下。

<!DOCTYPE html>

<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8">
    </head>
    <body>
        <h3>你好 老表</h3>
    </body>
</html>

HTTP请求方法

GET：

  • 用于请求指定资源。
  • 只用于获取数据，不应产生副作用。
  • 数据通过URL传递，长度有限。

POST

  • 用于提交数据到服务器，通常用于表单提交或文件上传。
  • 数据在请求体中发送，适合传输大量或敏感信息。

PUT

  • 用于更新或替换指定资源。
  • 如果资源不存在，可以创建新资源。

DELETE

  • 用于删除指定资源。

PATCH

  • 用于部分更新资源，仅发送需要修改的部分。

HEAD

  • 类似于GET，但只返回响应头，不返回响应体，用于获取资源的元信息。

OPTIONS

  • 用于获取服务器支持的HTTP方法或资源的通信选项。

TRACE

  • 用于回显客户端的请求，主要用于测试或诊断。

CONNECT

  • 用于建立到目标资源的隧道，通常用于SSL/TLS加密的HTTPS连接。

 一般情况下，网站只暴露三个方法：GET POST HEAD方法。

 POST和GET方法对比

我们以以下HTML代码举例，分别以GET和POST方法发送请求。

GET方法。

<!DOCTYPE html>

<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8">
    </head>
    <body>
        <h5>hello 我是首页!</h5>

        <h5>hello 我是表单!</h5>

        <form action="/a/b/handler_from" method="GET">
            姓名: <input type="text" name="name"><br/>
            密码: <input type="password" name="passwd"><br/>
            <input type="submit" value="登录">
        </form>
    </body>
</html>

POST方法。 

<!DOCTYPE html>

<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8">
    </head>
    <body>
        <h5>hello 我是首页!</h5>

        <h5>hello 我是表单!</h5>

        <form action="/a/b/handler_from" method="POST">
            姓名: <input type="text" name="name"><br/>
            密码: <input type="password" name="passwd"><br/>
            <input type="submit" value="登录">
        </form>
    </body>
</html>

浏览器界面如下。 

总结：

GET方法：GET方法一般用于获取请求，大部分情况下都是获取请求，但是也可以用于发送请求，通过URL以参数拼接的方式将请求发送给服务器。

POST方法：POST方法一般用于发送请求，通过将参数放于http请求的正文从而实现将参数传递给服务器端。  

除此之外GET和POST方法还有什么差别吗？

  1. 两个参数提交参数的位置不同，POST方法比较私密 ，不会回显到浏览器URL的输入框，但是GET方法会会显到输入框，增加了被盗取的风险。
  2. GET方法通过URL传参，但是URL的大小是有限制的，不同浏览器的限制不同，POST方法由正文传参，一般没有大小限制。

两种方法如何选择呢？ 

如果提交的参数比较少，就使用GET方法，否则就使用POST方法。 

HTTP常见header

  1. Content-Type: 数据类型(text/html等)；
  2. Content-Length: Body的长度；
  3. 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;
  4. User-Agent: 声明用户的操作系统和浏览器版本信息;
  5. referer: 当前页面是从哪个页面跳转过来的;
  6. location: 搭配3xx状态码使用, 告诉客户端接下来要去哪里访问;
  7. 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; 

HTTP响应状态码

 HTTP请求状态码大致分为5类。

  1. 1XX：information(信息性状态码)，接收的请求正在处理。
  2. 2XX：Success(成功状态码)，请求正常处理完毕。
  3. 3XX：Redirection(重定向状态码)，需要进行附加操作以完成请求。
  4. 4XX：Client Error(客户端错误状态码)，服务器无法处理请求。
  5. 5XX：Server Error(服务器错误状态码)，服务器处理请求出错。

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

3XX状态码

3XX状态码主要分为两种，暂时重定向和永久重定向。

永久重定向：301.(网址更换，旧的网址更新成新的网址)。

临时重定向：302/307(注册之后会跳转到登录界面，点击支付跳转到支付界面这些都是临时重定向)。

无论是哪种重定向，都必须在HTTP响应的报文的header中表明location属性，告诉客户端，接下来要去哪里进行访问。

下图代码我们永久重定向到了百度官网。 

        std::string response = "http/1/1 301 Permanently moved \n";
        response+="Location: https://www.baidu.com/\n";
        response+="\n";
        send(fd,response.c_str(),response.size(),0);

长链接和短链接 

Http协议的底层还是使用Tcp协议进行通信的。Tcp协议通信的原理图示如下。

Tcp协议client客户端和sever服务器端进行交互主要分为五步：1.客户端建立链接2.客户端发送请求3.服务器端获取链接4.服务器端获取请求5.服务端发送响应6.服务器端关闭链接7.客户端获取响应。

打开百度新闻的主页。

百度新闻的网页，不难发现有很多的图片资源。一般情况下，Tcp协议建立并最终断开链接，这样一整个过程就加载一个资源，一个图片就是一个资源。当我们输入官网点击访问时，client会向sever发送一个http请求，同时底层通过Tcp协议建立一个链接，获取主页资源，同时sever获取到请求之后，返回了主页资源，最终关闭了链接，但是此时我们要注意，此时返回的知识主页，主页中的诸多资源还没有被加载出来，所以后续还会通过类似的建立链接，发送请求，获取请求，发送响应并关闭链接这些步骤，一步步的加载页面的所有资源，但是这样的方式效率极低，因为频繁的创建连接和关闭链接这些都是要消耗时间的，以上这种方法就是我们所谓的短链接的方式。

在http1.1版本中，支持了长链接的方式，就是第一次建立链接的时候，就一次性加载完主页面的所有资源，这样就极大的提高了效率。

简单来说，短链接就是建立一次链接加载一个资源；长链接就是建立一次链接，加载完所有资源。

cookies 

何为cookies？

谈cookies之前，我们再引入一个概念，我们称http协议是一个无状态的协议，什么是无状态的协议？就是当前的请求是和之前以及以后的请求是无关的，当前请求是完全独立的，之间的请求进行了什么操作，之后的请求进行什么操作，都与本次请求无关。

在某站主页，我们打开登录界面，输入自己的账号和密码，建立一个http请求，最终服务器端进行了匹配之后，响应返回了当前用户的主页。如果当前用户是一个vip用户，那么此时就可以点击主页某块vip视频进行观看。我们知道点击这块vip视频之后，跳转到当前vip视频的播放界面，就又是一个http请求。那么问题来了。在登录界面我们输入了用户名和密码，最终发送了http请求，加载了当前vip用户的主页。那么为什么在当前vip用户的主页点击vip视频之后，我们没有输入用户名和密码，同样的通过http请求获取到了当前用户vip视频的播放界面。如果按照我们前面所说，http请求是无状态的，那么为什么第二次http请求仍然可以加载到当前vip用户vip视频播放界面，这不是违反了http协议是无状态的协议这一规则吗？

   其实，这并没有违反这一规则，这是因为cookies的功劳。cookies本质就是浏览器中的一个文件，这个文件是由sever端在http响应报文的header中通过set_cookies这一属性设置好对应的字段之后，发送响应报文，最终在client端浏览器页面生成对应的cookies文件。

  所以当我们在登录注册界面输入了账号和密码之后，点击登录按钮，client端携带账户和密码发送了http请求，sever端接收到请求之后，将账户和密码在后端数据库进行查询，如果匹配上就会在sever端建立响应，并且在http响应报文的header中通过set_cookies属性设置好当前用户的用户名和密码字段，最终将http响应报文返回client端，供client端进行解析，并且在client端创建cookies文件，cookies文件中的内容就是在http响应报文的set_cookies中设置的字段，即用户的账号和密码。

上图为一个简单的cookies生成展示。

通过上述知识，我们就可以解释我们刚开始的现象，当一个vip用户登录账号成功并且进入主页之后，那么此时浏览器主页就生成了一个cookies文件，里面保存当前用户的账号和密码，所以之后的页面跳转（即每次http请求）都会在报文的header中携带cookies信息，直接会拿cookies中的用户信息与数据库中的进行匹配，从而省去频繁的登录（获取账号和密码）操作，提高网站的可用性。http协议仍然是无状态的，但是通过报文中header的cookies字段实现了多个http协议的“关联性”。

总的来说：1.cookies就是一个文件，里面存储用户的私密信息。

                  2.一旦网页中有cookies信息，那么以后得每次请求，在请求报文的header中都会有cookies这一属性，存放用户的私密信息。

引入了cookies的概念之后，确实是提升了网站跳转的效率，但是同时也增加了风险。

  1. 既然在客户端生成了cookies文件，那么就有可能会被恶意分子去盗取这个文件，从而获取到用户的私密信息，即账号和密码。
  2. 既然会获取到cookies文件，那么当恶意分子加载到对应的网站就有可能直接通过cookies信息直接访问到对应的网页，从而对用户的账号进行破坏。

基于此，我们又引入了session的概念。

session 

session可以理解为是cookies的进化版本。

我们不是害怕不法分子盗用用户的账号和密码吗？那我们不在cookies中保存用户的账号和密码不就行了，我们保存的是一个session_id,这个session_id是唯一的，一个用户只有一个。图示如下。

当用户点击登录按钮，client端发送http请求（传递用户的参数，即账号和密码），sever端接收到http请求之后，将用户参数与数据库中参数进行比对，如果比对成功，此时会在response报文的header中设置set_cookies属性为一个session_id,这个id在sever的磁盘中对应了一个名为id的session文件，在文件中保留了用户的账号和密码，然后sever将response传给client，client会在浏览器界面创建一个cookies文件，保存了set_cookies中设置的session_id。此后的每次请求的报文header中都会有cookies属性携带浏览器文件中的session_id。之后的每次请求的用户参数，都会通过cookies属性中的session_id去与sever磁盘中的对应的文件匹配，匹配到之后，再用里面的用户参数去数据库中进行比对，比对成功则加载对应的界面。

总的来说，session和cookies一样也是一个文件，不过这个文件的名称是一个session_id,里面保存的是用户的私密信息。

引入session之后，避免非法人员获取用户账号和密码泄露这一风险，但是通过cookies访问页面这一风险没有解决，虽然没有解决，但是仍然有其它的方法规避这一风险，大家有兴趣可以去网上查找了解一下。

以上便是本期http协议的所有内容。

本期内容到此结束^_^


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