【Hello Network】HTTP协议-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【Hello Network】HTTP协议。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

作者：@小萌新
专栏：@网络
作者简介：大二学生希望能和大家一起进步
本篇博客简介：较为详细的介绍HTTP协议

HTTP协议

HTTP协议概念

HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）协议又叫做超文本传输协议是一个简单的请求-响应协议 HTTP通常运行在TCP之上

在编写网络通信代码时我们可以自己进行协议的定制但实际有很多优秀的工程师早就已经写出了许多非常成熟的应用层协议其中最典型的就是HTTP协议

URL概念

首先我们要明白一个概念我们每天上网的时候请求的图片文章 css html等我们把它们称之为“资源”

同时我们服务器的后台是使用Linux做的

我们平时写程序的时候使用ip+port确定唯一一个进程但是我们却无法确定唯一的一个资源

实际上我们所谓的资源都是被保存在网络中的Linux主机上的而LInux中的所有东西我们都可以看作是一个文件而文件一般是被保存在磁盘上的

所以说我们可以通过唯一的一个公网IP和路径来确定一份资源

而在我们的生活中IP一般是由域名来呈现的路径则是由分隔符+目录名呈现

那么什么叫做URL呢？

URL（Uniform Resource Lacator）叫做统一资源定位符也就是我们通常所说的网址

【Hello Network】HTTP协议

其中服务器地址就是域名对应着我们的IP地址带层次的文件路径实际上就是我们Linux中的路径

接下来我们来较为全面的认识下上面URL

一、协议方案名

http://表示的是协议名称表示请求时需要使用的协议通常使用的是HTTP协议或安全协议HTTPS

HTTPS是以安全为目标的HTTP通道在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性

二、登录信息

usr:pass表示的是登录认证信息包括登录用户的用户名和密码

虽然登录认证信息可以在URL中体现出来但绝大多数URL的这个字段都是被省略的因为登录信息可以通过其他方案交付给服务器

三、服务器地址

www.example.jp表示的是服务器地址也叫做域名

什么是域名？

域名是IP地址的助记符便于用户记忆和访问世界上任何网站都不存在重复域名

简单来理解他就是为了方便我们记忆而设计出来和IP地址一一对应的助记符

我们之前访问的www.baidu.com www.qq.com 其实都是域名

我们可以在Linux上尝试ping一下这些域名

【Hello Network】HTTP协议

ping过之后我们会得到一个ip地址这个实际上就是百度服务器的ip 如果我们在网页上直接输入这个ip也能够访问百度的网站

【Hello Network】HTTP协议

四、服务器端口号

80表示的是服务器端口号 HTTP协议和套接字编程一样都是位于应用层的在进行套接字编程时我们需要给服务器绑定对应的IP和端口而这里的应用层协议也同样需要有明确的端口号

常见协议对应的端口号：

协议名称	对应端口号
HTTP	80
HTTPS	443
SSH	22

当我们使用某种协议时该协议实际就是在为我们提供服务现在这些常用的服务与端口号之间的对应关系都是明确的所以我们在使用某种协议时实际是不需要指明该协议对应的端口号的因此在URL当中服务器的端口号一般也是被省略的

五、带层次的文件路径

/dir/index.htm表示的是要访问的资源所在的路径这个路径实际上就是我们Linux服务器的一个路径

过前面的域名和端口已经能够找到对应的服务器进程了此时要做的就是指明该资源所在的路径

【Hello Network】HTTP协议

我们可以发现Windows上的路径分隔符是\ 这也就侧面证明了该路径是Linux操作系统上的路径

当我们发起网页请求的时候本质是是得到了一张网页信息之后浏览器对于这些网页信息进行解释便得到了我们现在所看到的网页

以百度为例如果我们单击f12之后找到index表我们会发现这样子的一张html表

【Hello Network】HTTP协议
我们将这种资源称为网页资源而HTTP协议之所以称为超文本传输协议正是因为它传输的资源啊可能不是文本资源

六、查询字符串

uid=1表示的是请求时提供的额外的参数这些参数是以键值对的形式通过&符号分隔开的

当我们在百度上搜索HTTP的时候可以在最上面的URL发现这样一段文字
【Hello Network】HTTP协议
这代表着我们搜索的关键字是HTTP协议

七、片段标识符

ch1是一个片段标识符

片段标识符是指URL中的一个特殊字符“#”后面的部分它通常用于指定文档中的某个位置

例如HTML文档中的锚点在浏览器中当用户点击一个链接时浏览器会自动滚动到该链接指定的位置

片段标识符不会被发送到服务器因此不会影响服务器的响应

urlencode和urldecode

【Hello Network】HTTP协议

我们再次观察上面的URL

我们可以发现像是 . ? / 这些字符在外面的URL中有特殊的作用所以说如果我们要使用这些字符的话 URL就会对这些特殊字符进行转义

其中将这些特殊字符进行转义的过程就叫做encode

将转义后的字符变为可阅读字符的过程就叫做decode

需要注意的是如果我们输入的字符中含有中文那么中文也会被转义

HTTP协议格式

在TCP/IP四层协议中应用层最常见的协议是HTTP/HTTPS协议

传输层最常见的协议是TCP/UDP协议

网络层最常见的协议是IP协议

数据链路层最常见的协议是MAC帧

在应用层进行通信的时候如果不考虑下三层那么应用层就可以认为是自己和对面的应用层直接通信的

【Hello Network】HTTP协议

在这四层协议当中下三层负责的是通信细节而应用层则负责的是如何使用传输的内容

而这其中最常见的协议是HTTP协议

HTTP服务是基于请求和相应的服务作为客户端会向服务端发送一个request 客户端接受并分析这个request之后得出你想要获得什么资源然后客户端会构建出一个response 完成一次HTTP服务

这种基于request & response的工作方式我们交称为cs格式其中c是client s是sever

由于HTTP是基于请求和响应的应用层访问所以说我们必须要了解HTTP的请求和响应格式

HTTP请求协议格式

HTTP的请求协议格式如下：

【Hello Network】HTTP协议

HTTP协议由以下四部分组成：

【Hello Network】HTTP协议

我们可以看到HTTP请求由四部分组成

请求行：[请求方法]+[url]+[http版本]
请求报头：请求的属性这些属性都是以key: value的形式按行陈列的
空行：遇到空行表示请求报头结束
请求正文：请求正文允许为空字符串如果请求正文存在则在请求报头中会有一个Content-Length属性来标识请求正文的长度

其中前面三部分是由HTTP协议自带的而请求正文则是用户的相关信息和数据如果说用户没有信息要上传给服务器此时正文则为空

如何将HTTP请求的报头与有效载荷进行分离？

首先我们要明白哪里是报头哪里是有效载荷

请求报头：请求行+请求报头
有效载荷：请求正文

细心的同学就可以发现了事实上报头和有效载荷之间隔着一个空行

如果我们将整个http协议想象成一个线性的结构每一行都是使用\n来进行分隔的那么如果我们连续读取到两个\n的话就说明报头读取完毕了开始读取有效载荷

获取浏览器的HTTP请求

在网络协议栈中应用层的下一层叫做传输层而HTTP协议底层通常使用的传输层协议是TCP协议

因此我们可以用套接字编写一个TCP服务器然后启动浏览器访问我们的这个服务器

由于我们的服务器是直接用TCP套接字读取浏览器发来的HTTP请求此时在服务端没有应用层对这个HTTP请求进行过任何解析

因此我们可以直接将浏览器发来的HTTP请求进行打印输出此时就能看到HTTP请求的基本构成

【Hello Network】HTTP协议

下面我们要写一个简单的TCP服务器它的作用就是使用TCP套接字来接受浏览器发送过来的数据

代码表示如下

int main()    
{    
  int listen_sock = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);    
  if (listen_sock < 0)    
  {    
    cerr << "socket error" << endl;    
    exit(1);    
  }    
    
  struct sockaddr_in local;    
  memset(&local , '\0' , sizeof(local));    
  local.sin_family = AF_INET;    
  local.sin_port = htons(8081);    
  local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    
  if (bind(listen_sock , (struct sockaddr*)&local , sizeof(local)) < 0 )    
  {    
    cerr << "bind error" << endl;    
    exit(2);    
  }    
    
    
  if (listen(listen_sock , 5) < 0)    
  {    
    cerr << "listen error" << endl;    
    exit(3);    
  }    
    
  struct sockaddr_in peer;    
  memset(&peer , '\0' , sizeof(peer));    
  socklen_t len;    
    
  for(;;)    
  {    
    int sock = accept(listen_sock , (struct sockaddr*)&peer , &len);    
    if (sock < 0)    
    {    
      cerr << "accept error" << endl;    
      continue;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              
    }    
    
    if (fork() == 0)    
    {    
      // father     
      close(listen_sock);    
      if (fork() > 0)    
      {    
        // father    
        exit(0);    
      }    
    
      // child     
      char buff[1024];    
      recv(sock , buff , sizeof(buff) , 0);    
    
    
      cout << "-------- -------- http request begin -------" << endl;    
      cout << buff << endl;    
      cout << "-------- -------- http request end   -------" << endl;    
    
      close(sock);    
      exit(0);    
    }    
    
    
    close(sock);    
    waitpid(-1 , nullptr , 0);    
  }    
    
    
  return 0;    
}

运行服务器之后我们就可以使用浏览器访问了

【Hello Network】HTTP协议

说明下：

浏览器向我们的服务器发起HTTP请求因为我们的服务器没有对进行响应此时浏览器就会认为服务器没有收到然后再不断发起新的HTTP请求因此虽然我们只用浏览器访问了一次但会受到多次HTTP请求
由于浏览器默认使用的就是HTTP协议所以我们输入URL的时候不用制定协议
url当中的/不能称之为我们云服务器上根目录这个/表示的是web根目录这个web根目录可以是你的机器上的任何一个目录这个是可以自己指定的不一定就是Linux的根目录

web根目录

如果说我们请求资源的时候不带上具体的资源比如说我们前面的这种格式

【Hello Network】HTTP协议
此时浏览器并不会请求此服务器中根目录下所有的信息而是会返回一个网站的首页网站首页的格式一般是index.html 和index.htm

一般来说所有的网站都要有一个默认的首页

我们再次回看服务器发送给我们的请求格式

【Hello Network】HTTP协议

我们可以发现确实符合上面的格式

此外我们请求行中的url一般是不带域名和端口号的因为在请求报头中的Host字段会指明请求行中的url一般会指明你要访问服务器上哪一路径的资源

如果浏览器在访问我们的服务器时指明要访问的资源路径那么此时浏览器发起的HTTP请求当中的url也会跟着变成该路径

【Hello Network】HTTP协议

HTTP响应格式

HTTP响应协议格式如下：

【Hello Network】HTTP协议

HTTP响应由以下四部分组成：

状态行：[http版本]+[状态码]+[状态码描述]
响应报头：响应的属性这些属性都是以key: value的形式按行陈列的
空行：遇到空行表示响应报头结束
响应正文：响应正文允许为空字符串如果响应正文存在则响应报头中会有一个Content-Length属性来标识响应正文的长度比如服务器返回了一个html页面那么这个html页面的内容就是在响应正文当中的

如何将HTTP响应的报头与有效载荷进行分离？

对于HTTP响应来讲这里的状态行和响应报头就是HTTP的报头信息而这里的响应正文实际就是HTTP的有效载荷

而报头信息和响应正文之间我们使用换行符来进行分隔

当客户端收到一个HTTP响应后就可以按行进行读取如果读取到空行则说明报头已经读取完毕

构建HTTP响应给浏览器

服务器读取到客户端发来的HTTP请求后需要对这个HTTP请求进行各种数据分析然后构建成对应的HTTP响应发回给客户端

而我们的服务器连接到客户端后实际就只读取了客户端发来的HTTP请求就将连接断开了

接下来我们可以主动构建一个统一的HTTP响应给服务器

      string http_response = "http/1.0 200 OK\n";    
      http_response += "Content-type : text/plain\n";    
      http_response += "\n";    
      http_response += "HELLO HTTP";    
    
      send(sock , http_response.c_str() , http_response.size() , 0);

响应的代码格式如上如果此时网页端访问我们的服务器我们的服务器就能得到这个http的响应

【Hello Network】HTTP协议

上面的格式就是我们HTTP响应的格式至于里面的关键字是什么意思我们后面再详细讲解

HTTP为什么要交互版本？

HTTP请求当中的请求行和HTTP响应当中的状态行当中都包含了http的版本信息

HTTP请求是由客户端发的因此HTTP请求当中表明的是客户端的http版本

而HTTP响应是由服务器发的因此HTTP响应当中表明的是服务器的http版本

客户端和服务器双方在进行通信时会交互双方http版本主要还是为了兼容性的问题因为服务器和客户端使用的可能是不同的http版本为了让不同版本的客户端都能享受到对应的服务此时就要求通信双方需要进行版本协商

客户端在发起HTTP请求时告诉服务器自己所使用的http版本此时服务器就可以根据客户端使用的http版本为客户端提供对应的服务而不至于因为双方使用的http版本不同而导致无法正常通信因此为了保证良好的兼容性通信双方需要交互一下各自的版本信息

HTTP的方法

在HTTP中常见的方法如下

方法	说明	支持的HTTP协议版本
GET	获取资源	1.0、1.1
POST	传输实体主体	1.0、1.1
PUT	传输文件	1.0、1.1
HEAD	获得报文首部	1.0、1.1
DELETE	删除文件	1.0、1.1
OPTIONS	询问支持的方法	1.1
TRACE	追踪路径	1.1
CONNECT	要求用隧道协议连接代理	1.1
LINK	建立和资源之间的联系	1.0
UNLINK	断开连接关系	1.0

在上面所有的方法中我们最常用的就是GET和POST方法

GET方法和POST方法

GET和POST方法是HTTP协议中用于向服务器发送请求的两种方式

一般来说GET方法用于获取资源而POST方法用于上传资源但是事实上GET方法也可以用来上传数据 POST方法也可以用来请求数据比如说我们使用百度提交数据的时候我们使用的就是GET方法

GET方法和POST方法都可以带参但是它们的传参方式有所不同

GET方法是通过url传参的
POST方法是通过正文传参的

从它们的传参方式我们就可以看出 GET方法传递的参数是有限的因为url的长度是有限的

而POST方法能够传递更多的参数因为正文的限制长度比url的限制长度多得多

此外我们使用POST传参更加私密一点

【Hello Network】HTTP协议
当我们使用GET方法传参的时候参数会暴露在url中而POST方法则不会

所以我们可以说POST方法比GET方法安全一点

但是实际上这两种方法都是不安全的它们都能够被抓包工具抓包从而导致信息泄漏想要数据安全我们只能对于这些信息进行加密

TCP套接字演示GET和POST的区别

为了演示GET和POST传参的区别就需要让浏览器提交参数

此时我们就可以在网页中增加两个表单当作是用户的用户名和密码

再增加一个提交按钮此时用户就能够向我们的服务器提交数据了

<html>    
  <head></head>    
  <body>    
    <h1>HELLO HTTP</h1>    
    <form method="GET" action="/">    
      User name:<br>    
      <input type="text" name="username">    
      <br>    
      User password:<br>    
      <input type="password" name="passwd">    
      <br><br>    
      <input type="submit" value="Submit">                                                                     
      </form>    
  </body>    
</html>

此时我们便可以在网页中提交数据

【Hello Network】HTTP协议
因为此时我们是用GET方式传递的参数所以说参数会明文显示到url中

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同样的服务器这边也得到了我们在浏览器提交的参数
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但是如果我们使用POST方法提交参数的时候此时网页会将参数信息在正文中提交给服务器

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此时我们就会发现url中没有参数了

【Hello Network】HTTP协议

而我们会在服务器中的正文部分收到网页端传递的参数

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HTTP状态码

HTTP的状态码如下：

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

其中我们要记住的有下面这几个

101 信息请求中

101表示客户端发送的请求正在处理中但是因为网速变快这种状态已经不怎么常见了

200 OK

这是最常见的一个状态码也就是我们访问网页成功的时候网页返回的响应行

301 永久重定向

比如果一个老的网站废弃不用了使用一个新的网站那么此时这个网站就可以使用永久重定向如果有人还在访问这个网站就会跳转到新网站上

此外如果收藏夹中收藏了老的网站新的网站会覆盖收藏夹中老的网站

302 307 临时重定向

从名字看就更好理解了和301永久重定向相比一个是永久的一个是临时的它并不会覆盖掉收藏夹中的老网站

403 权限不足

这个常见于我们去实习的时候自己的权限特别低如果leader丢给你一个文档而你没有观看的权限就会出现这个状态码

404 NOT FOUND

常见于资源消失不见（被删除或过期）又或者说资源根本不存在

比如说你访问一个网站的时候带上一个不存在的资源路径你就会看到这个状态码

504 Bad Gateway

常见于服务器出现问题和客户端无关

Redirection（重定向状态码）

除了上面那些要记住的状态码之外我们还需要更深入的理解重定向状态码

重定向又分为永久重定向和临时重定向其中301表示永久重定向 302 307表示临时重定向

临时重定向和永久重定向本质是影响客户端的标签决定客户端是否需要更新目标地址

如果某个网站是永久重定向那么第一次访问该网站时由浏览器帮你进行重定向但后续再访问该网站时就不需要浏览器再进行重定向了此时你访问的直接就是重定向后的网站

而如果某个网站是临时重定向那么每次访问该网站时如果需要进行重定向都需要浏览器来帮我们完成重定向跳转到目标网站

临时重定向演示

        string status_line = "http/1.1 307 Temporary Redirect\n";    
    
        string response_header = "Location: https://www.csdn.net/\n";

我们只需要在HTTP的响应行和响应报头加上这两行代码

此时如果我们访问这个我们的域名就会自动访问csdn的官网

【Hello Network】HTTP协议

HTTP中常见Header

HTTP常见的Header如下：

Content-Type：数据类型（text/html等）
Content-Length：正文的长度
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的版本信息
Referer：当前页面是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

Host

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Host字段表明了客户端要访问的服务的IP和端口

比如当浏览器访问我们的服务器时浏览器发来的HTTP请求当中的Host字段填的就是我们的IP和端口

但客户端不就是要访问服务器吗？为什么客户端还要告诉服务器它要访问的服务对应的IP和端口

因为有些服务器实际提供的是一种代理服务也就是代替客户端向其他服务器发起请求然后将请求得到的结果再返回给客户端在这种情况下客户端就必须告诉代理服务器它要访问的服务对应的IP和端口此时Host提供的信息就有效了

User-Agent

User-Agent字段代表着客户端对应的操作系统和浏览器版本信息

【Hello Network】HTTP协议

这个字段是十分有用的比如说我们我们在百度搜索中搜索QQ下载这四个字符它会优先给我们判断QQWINDOWS端的下载连接这是因为我们使用的就是WINDOWS操作系统

Referer

Referer代表的是你当前是从哪一个页面跳转过来的

Referer记录上一个页面的好处一方面是方便回退另一方面可以知道我们当前页面与上一个页面之间的相关性

比如说我们别人使用307状态码跳转到我们主页的时候我们就可以通过Referer字段来找到是从哪个网站跳转过来的

Keep-Alive（长连接）

HTTP/1.0是通过request&response的方式来进行请求和响应的 HTTP/1.0常见的工作方式就是客户端和服务器先建立链接然后客户端发起请求给服务器服务器再对该请求进行响应然后立马端口连接

但如果一个连接建立后客户端和服务器只进行一次交互就将连接关闭就太浪费资源了

因此现在主流的HTTP/1.1是支持长连接的所谓的长连接就是建立连接后客户端可以不断的向服务器一次写入多个HTTP请求而服务器在上层依次读取这些请求就行了此时一条连接就可以传送大量的请求和响应这就是长连接

如果HTTP请求或响应报头当中的Connect字段对应的值是Keep-Alive 就代表支持长连接

Cookie和Session

HTTP实际上是一种无状态协议 HTTP的每次请求/响应之间是没有任何关系的但你在使用浏览器的时候发现并不是这样的

【Hello Network】HTTP协议
我们只要第一次登录了B站以后下次再点击这个网站的时候我们就不用自己主动登录了

这是因为COOKIE的存在

我们可以点击url前面的锁来查看COOKIE信息
【Hello Network】HTTP协议

这些cookie数据实际都是对应的服务器方写的如果我们将这些信息全部删除的话那么下次我们访问这个网站的时候就需要再次登录了

cookie是什么呢？

Cookie是一种能够让网站服务器把少量数据储存到客户端的硬盘或内存或是从客户端的硬盘读取数据的一种技术它的目的是给用户更好的体验

比如你是某个视频网站的VIP 这个网站里面的VIP视频有成百上千个你每次点击一个视频都要重新进行VIP身份认证而HTTP不支持记录用户状态那么我们就需要有一种独立技术来帮我们支持这种技术目前现在已经内置到HTTP协议当中了叫做cookie

当我们第一次登录某个网站时需要输入我们的账号和密码进行身份认证此时如果服务器经过数据比对后判定你是一个合法的用户那么为了让你后续在进行某些网页请求时不用重新输入账号和密码此时服务器就会进行Set-Cookie的设置

当认证通过并在服务端进行Set-Cookie设置后服务器在对浏览器进行HTTP响应时就会将这个Set-Cookie响应给浏览器而浏览器收到响应后会自动提取出Set-Cookie的值将其保存在浏览器的cookie文件当中此时就相当于我的账号和密码信息保存在本地浏览器的cookie文件当中

【Hello Network】HTTP协议

从第一次登录认证之后浏览器再向该网站发起的HTTP请求当中就会自动包含一个cookie字段其中携带的就是我第一次的认证信息此后对端服务器需要对你进行认证时就会直接提取出HTTP请求当中的cookie字段而不会重新让你输入账号和密码了

也就是在第一次认证登录后后续所有的认证都变成了自动认证这就叫做cookie技术

内存级别&文件级别

cookie就是在浏览器当中的一个小文件文件里记录的就是用户的私有信息

cookie文件可以分为两种一种是内存级别的cookie文件另一种是文件级别的cookie文件

将浏览器关掉后再打开访问之前登录过的网站如果需要你重新输入账号和密码说明你之前登录时浏览器当中保存的cookie信息是内存级别的
将浏览器关掉甚至将电脑重启再打开访问之前登录过的网站如果不需要你重新输入账户和密码说明你之前登录时浏览器当中保存的cookie信息是文件级别的

cookie被盗

如果你浏览器当中保存的cookie信息被非法用户盗取了那么此时这个非法用户就可以用你的cookie信息以你的身份去访问你曾经访问过的网站我们将这种现象称为cookie被盗取了。

比如你不小心点了某个链接这个链接可能就是一个下载程序当你点击之后它就会通过某种方式把程序下载到你本地并且自动执行该程序该程序会扫描你的浏览器当中的cookie目录把所有的cookie信息通过网络的方式传送给恶意方当对方拿到你的cookie信息后就可以拷贝到它的浏览器对应的cookie目录当中然后以你的身份访问你曾经访问过的网站