【Web後端筆記】基於Socket實現的簡單Web服務器搭建

時間 2019-12-01

標籤 Web後端筆記基於 socket 實現簡單 web 服務器搭建欄目系統網絡简体版

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咱們在地址欄中輸入的內容稱爲通用資源標記符（Universal Resource Identifier，URI）它有不少種樣式，在Web中咱們一般稱爲統一資源定位符（Uniform Resource Locator，URL）的形式，它的格式以下：　html

協議：//主機[.端口號][絕對路徑[?參數]]　程序員

在http://www.cnblogs.com/DebugLZQ/中，http表示協議名稱;www.cnblogs.com表示主機的地址；可選的端口號沒有出現，那麼，將使用http協議默認的端口號80；絕對路徑爲/DebugLZQ/;在這個例子中沒有參數出現。編程

在.NET中，不論是URI仍是URL，都使用定義在System命名空間中得URI類來進行處理。對應上面的介紹，這個類定義了5個屬性，分別對應5個組成部分，以下所示：數組

　　　　Scheme：協議的名稱瀏覽器

　　　　Host：取得URI地址中得主機部分服務器

　　　　Port：取得端口號網絡

　　　　AbsolutePath：絕對路徑部分併發

　　　　Query：URI地址中得參數部分socket

下面的例子演示了地址中各個部分：oop

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5  
 6 namespace URI說明
 7 {
 8     class Program
 9     {
10         static void Main(string[] args)
11         {
12             System.Uri DebugLZQAddress = new Uri("http://www.cnblogs.com/DebugLZQ/");
13             Console.WriteLine("Scheme: {0}",DebugLZQAddress.Scheme );
14             Console.WriteLine("Host: {0}", DebugLZQAddress.Host );
15             Console.WriteLine("Port: {0}", DebugLZQAddress.Port );
16             Console.WriteLine("AbsolutePath: {0}", DebugLZQAddress.AbsolutePath );
17             Console.WriteLine("Query: {0}", DebugLZQAddress.Query );
18         }
19     }
20 }

輸出結果以下：

其中絕對路徑部分使用相似於Unix的文件目錄的形式來描述服務器中得資源，這個絕對路徑被傳送到服務器以後，在Web服務器上一般被稱爲虛擬路徑。

咱們在地址欄輸入URL後，如何找到服務器呢？互聯網上的主機千千萬，咱們要訪問的服務器是互聯網上數千萬臺服務器中得一臺，它極可能遠在地球的另外一邊。瀏覽器要找到服務器，須要提供服務器的網絡地址。

在當前的TCP/IP協議下，所謂服務器的網絡地址，就是一個IP地址，目前咱們使用IPv4的地址，即IP協議第4個版本規定的地址，每一個地址由四個字節共32位組成。理論上將，能夠表示4G個網絡地址。一般咱們用遠點分隔四個數字來表示一個地址，每一個數字對應地址的一個字節，例如，微軟的IP地址爲：207.46.19.254，直接在地址欄中輸入http://207.46.19.254也能夠訪問網頁。

可是，這些數字實在很難讓人記憶，人們更願意經過一個有意義的名字來找到一臺主機。在經歷了短暫得互聯網初期階段以後，1983年，保羅·莫卡派（Paul Mockapetris）發明了域名系統，這樣，在互聯網上，咱們能夠爲IP地址起一個有意義的名字以方便找尋主機，這個名字成爲域名。好比，微軟Web服務器的域名爲www.microsoft.com，這個名字對應實際IP地址爲207.46.19.254。

雖然這個名字很好記，可是隻有這個名字並不能直接找到微軟的Web服務器，必須創建起名字和IP地址之間的對應關係。這個工做由域名服務器DNS（即Domain Name Server）完成。DNS服務器提供一個列私語分層的通信錄，容許用戶經過域名來查找對應的地址，或者完成經過地址來查找對應的域名。一般狀況下，互聯網服務商已經爲咱們自動設置了DNS服務器，所以能夠簡單地經過www.microsoft.com域名找到微軟的Web服務器。

找到服務器以後，須要將請求從咱們的客戶端傳輸到服務器，那麼，兩臺計算機是如何通訊的呢？他們如何才能理解彼此發送的數據呢？這就須要提到協議。

當瀏覽器尋找到Web服務器的地址以後，瀏覽器幫助咱們把對服務器的請求轉換爲一系列參數發送給Web服務器。服務器受到瀏覽器發來的請求參數以後，將會分析這些數據，並進行處理。而後向瀏覽器迴應處理的結果，也就是一些新的數據；這些數據一般是HTML網頁或者圖片。瀏覽器收到以後，解析這些數據，將它們呈如今瀏覽器的窗口中，這就是咱們看到的網頁。

在瀏覽器與Web服務器的對話中，須要使用雙方都可以理解的語法規範進行通訊，這種程序之間進行通訊的語法規範，咱們稱之爲協議。協議有許多種，根據國際標準化組織ISO的網絡參考模型，程序與程序之間的通訊可分爲7層，從低到高依次爲：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。每層都有本身對應的協議。好比，應用層之間的協議咱們稱之爲應用層協議。不一樣的應用程序可能有着不一樣的應用層協議。同一層的協議也可能有不少種。

瀏覽器與Web服務器之間的協議是應用層協議，當前，咱們主要遵循的協議爲HTTP/1.1。HTTP協議是Web開發的基礎，這是一個無狀態的協議，客戶機與服務器之間經過請求和相應完成一次會話（Session）。每次會話中，通訊雙方發送的數據稱爲消息（Message），消息分兩種：請求消息和迴應消息。

消息的格式如圖所示。

圖DebugLZQ用繪圖畫的，不太美觀。吼吼。。。博友心聲：真醜。。。

每一個消息可能由三部分組成，第一部分爲請求行或者回應的狀態行，第二部分爲消息的頭部，第三部分爲消息體部分。消息頭部分和消息體部分使用一個空行進行分隔。

一般狀況下，咱們在客戶端使用瀏覽器來訪問服務器，瀏覽器軟件幫助咱們構造全部的請求消息。使用Fiddler軟件，能夠幫助咱們檢測到瀏覽器與服務器之間的通訊內容，如圖所示。

上圖右上部爲瀏覽器請求的內容，能夠看到，第一行爲請求行，請求的內容爲：

GET http://www.microsoft.com/en-us/default.aspx HTTP/1.1

下面的連續N行爲請求頭部分，而後是一個空行，因爲是GET請求，因此沒有請求體部分。

圖右下部爲服務器迴應的內容，第一行爲迴應的狀態行，HTTP/1.1 200 OK表示請求的內容能夠找到，可是須要到另外的地址去取。下面的15行爲迴應的頭部。一個空行分隔了迴應的頭部和迴應體部分，迴應體中爲一個簡單的HTML網頁。

HTTP協議定義了內容的格式，這是一個應用層的協議，應用層協議的內容須要經過傳輸層在瀏覽器和服務器之間傳送，TCP/IP協議是ISO網絡參考模型的一種實現。在TCP/IP協議中，與網絡程序員相關的主要有兩層：傳輸層和應用層。

傳輸層協議負責解決數據傳輸問題，包括數據通行的可靠性問題。傳輸層依賴更底層的網絡層來完成實際的數據傳輸，在TCP/IP網絡協議中，負責可靠通訊的傳輸層協議爲TCP協議。而網絡層通常用網絡驅動來實現，普通的程序員不會涉及；在TCP/IP協議中，網絡層的協議爲IP協議。

應用層用於在特定的應用程序之間傳輸數據。HTTP協議就是TCP/IP協議中專門用於瀏覽器與Web服務器之間通訊的應用層協議。應用層協議依賴於傳輸層協議完成數據傳輸，傳輸層協議依賴於網絡層協議王城數據傳輸，他們之間的關係以下圖（瀏覽器與服務器之間網絡通訊的傳輸過程）：

到這裏，咱們的準備理論超不讀了，哦，還得再認識下Socket。

在遙遠的Unix時代，爲了解決傳輸層的編程問題，從4.2BSD Unix開始，Unix提供了相似於文件操做的網絡操做方式----Socket。經過Socket，程序員能夠像文件同樣經過打開、寫入、讀取、關閉等操做完成網絡編程。這使得網絡編程能夠統一到文件操做之下。經過Socket幫助程序員解決網絡傳輸層的問題，而系統中得網絡系統負責處理網絡內部的複雜操做，這樣程序員就能夠比較容易地編寫網絡應用程序。須要注意的是應用層的協議須要針對網絡程序專門處理，Socket不負責應用層的協議，僅僅負責傳輸層的協議。

固然網絡畢竟不是簡單的文件，因此，在使用Socket的時候，程序員仍是須要設置一些網絡相關的細節問題參數。

當經過Socket開發網絡應用程序的時候，首先須要考慮所使用的網絡類型，主要包括如下三個方面：

　　　　1）Socket類型，使用網絡協議的類別，如IPv4的類型爲PF_INET。

　　　　2）數據通訊的類型，常見的數據報（SOCK_DGRAM）、數據流（SOCK_STREAM）。

　　　　3）使用的網絡協議，好比：TCP協議。

在同一個網絡地址上，爲了區分使用相同協議的不一樣應用程序，能夠爲不一樣的應用程序分配一個數字編號，這個編號稱爲網絡端口號（port）。端口號是一個兩字節的證書，取值範圍從0~65535。IANA（Internet Assigned Number Authority，互聯網地址分配機構）維護了一個端口分配列表，這些端口分三類，第一類的範圍是0~1023，稱爲衆所周知的端口，由IANA進行控制和分配，由特定的網絡程序使用，例如，TCP協議使用80號端口來完成HTTP協議的傳輸。第二類的範圍是1024~49151，稱爲登記端口，這些端口不禁IANA控制，可是IANA委會了一個登記的列表，若是沒有在IANA登記的話，也不該該在程序中使用。可是大多數的系統中，在沒有衝突的狀況下，也能夠有用戶程序使用。第三類的範圍是49152~65535，稱爲動態或者似有端口號，這些端口能夠由普通用戶程序使用。

對於一個網絡應用程序來講，經過地址、協議和端口號能夠惟一地肯定網絡上的一個應用程序。其中地址和端口的組合稱爲端點（EndPoint）。每一個Socket須要綁定到一個端點上與其餘端點進行通訊。

在.NET中，System.Net命名空間提供了網絡編程的大多數數據類型以及經常使用操做，其中經常使用的類型以下：

　　　　1）IPAddress類用來表示一個IP地址。

　　　　2）IPEndPoint類用來表示一個IP地址和一個端口號的組合，稱爲網絡的端點。

　　　　3）System.Net.Sockets命名空間中提供了基於Socket編程的數據類型。

　　　　4）Socket類封裝了Socket的操做。

經常使用的操做以下：

　　　　1）Listen：設置基於鏈接通訊的Socket進入堅挺狀態，並設置等待隊列的長度。

　　　　2）Accept：等待一個新的鏈接，當新鏈接到達的時候，返回一個指針對新鏈接的Socket對象。經過新的Socket對象，能夠與新鏈接通訊。

　　　　3）Receive：經過Socket接受字節數據，保存到一個字節數組中，返回實際接受的字節數。

　　　　4）Send：經過Socket發送預先保存在字節數組中得數據。

博友聲音：夠了，說了這麼多，DebugLZQ真是不嫌麻煩。。。快！！！！！

DebugLZQ：吼吼，有了上面的基礎，下面用代碼演示如何經過Socket編程建立一個簡單的Web服務器。必要說明：這個服務器經過49152號端口提供訪問，向瀏覽器返回一個固定的靜態網頁。在這個解決方案中，請求的消息由瀏覽器生成，併發送到服務器，這個程序將簡單地顯示請求信息。迴應的消息由服務器程序生成，經過Socket傳輸層返回給瀏覽器。

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5 using System.Net;//
 6 using System.Net.Sockets;//
 7  
 8 namespace 基於Socket的最簡單Web服務器
 9 {
10     class Program
11     {
12         static void Main(string[] args)
13         {
14             IPAddress address = IPAddress.Loopback;//取得本機的loopback網絡地址，即127.0.0.1
15             IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(address, 49152);//建立可訪問的端點，49152表示端口號，若是設置爲0，表示使用一個空閒的端口號
16             Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//建立socket,使用IPv4地址，數據通訊類型爲字節流，TCP協議
17             socket.Bind(endPoint);//將socket綁定到一個端點上
18             socket.Listen(10);//設置鏈接隊列的長度
19             Console.WriteLine("開始監聽，端口號：{0}",endPoint.Port );
20             while (true)
21             {
22                 Socket client = socket.Accept();//開始監聽，這個方法會阻塞線程的執行，直到接受到一個客戶端的請求鏈接
23                 Console.WriteLine(client.RemoteEndPoint);//輸出客戶端的地址
24                 byte[] buffer = new byte[4096];//準備讀取客戶端請求的數據，讀取的數據將保存在一個數組中
25                 int length = client.Receive(buffer, 4096, SocketFlags.None);//接受數據
26                 //將請求數據翻譯爲UTF-8
27                 System.Text.Encoding utf8 = System.Text.Encoding.UTF8;
28                 string requestString = utf8.GetString(buffer, 0, length);
29                 Console.WriteLine(requestString);//顯示請求
30                 //迴應的狀態行
31                 string statusLine = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
32                 byte[] statusLineBytes = utf8.GetBytes(statusLine);
33                 //準備發送回客戶端的網頁
34                 string responseBody = "<html><head><title>From Socket Server</title></head><body><h1>Hello world.<h1></body></html>";
35                 byte[] responseBodyBytes = utf8.GetBytes(responseBody);
36                 //迴應的頭部
37                 string responseHeader = string.Format("Content-Type:text/html;charset=UTF-8\r\nContent-Length:{0}\r\n",responseBody.Length );
38                 byte[] responseHeaderBytes = utf8.GetBytes(responseHeader);
39  
40                 //向客戶端發送狀態信息
41                 client.Send(statusLineBytes);
42                 //向客戶端發送迴應頭
43                 client.Send(responseHeaderBytes);
44                 //頭部與內容的分隔行
45                 client.Send(new byte[]{13,10});
46                 //向客戶端發送內容部分
47                 client.Send(responseBodyBytes);
48  
49                 //斷開與客戶端的鏈接
50                 client.Close();
51                 if (Console.KeyAvailable)
52                     break;
53             }
54             socket.Close();
55         }
56     }
57 }