[C# 網絡編程系列]專題三：自定義Web服務器

本文轉載自查看原文 2012-08-23 15:00 11977 C#網絡編程系列/ Asp.net/ Web服務器

前言：

經過前面的專題中對網絡層協議和HTTP協議的簡單介紹相信大家對網絡中的協議有了大致的了解的，本專題將針對HTTP協議定義一個Web服務器，我們平常瀏覽網頁通過在瀏覽器中輸入一個網址就可以看到我們想要的網頁，這個過程中瀏覽器只是一個客戶端，瀏覽器（應用層應用程序）通過HTTP協議把用戶請求發送到服務端，服務器接受到發送來的HTTP請求，然后對請求進行處理和響應，最后把響應的內容發送給客戶端（瀏覽器這里充當了用戶代理的客戶端），瀏覽器再對接受到的響應內容（一般是HTML文件）進行解釋並且顯示出來。這就是一次完整的用戶請求/響應模型，本專題所講述的是一個簡單的Web服務器，其他一些大型的Web服務器（IIS，Apache）也是這樣的一個原理，本專題只是簡單講述Web服務器的實現原理。

一、Socket編程實現一個簡單的Web服務器

Socket這個概念是在Unix系統中提出來的。在Unix的時代，為了解決傳輸層的編程問題，Unix提供了類似於文件操作的網絡操作方式——Socket,通過Socket，我們就可以像操作文件一樣通過打開、寫入、讀取、關閉等操作完成網絡編程，這樣就使得網絡編程可以統一到文件操作方面，這樣就使我們更容易地編寫網絡應用程序。需要注意的是，應用層的協議需要網絡程序專門處理，Socket不負責應用層協議，僅僅負責傳輸層的協議。

現在介紹下網絡端口號（port）的概念，在同一個網絡地址中，為了區分使用相同協議的不同應用程序，為不同的應用程序分配一個數字編號，我們把這個編號就成為網絡端口號（就是區分同一個網絡地址中不同的進程）。端口號是由一個兩個字節的整數，所以取值范圍為0~65535，這些端口號又分為三類：

第一類的范圍是0~1023，稱為眾所周知的端口，這些端口號由特定的網絡程序使用，例如，TCP協議使用80端口來完成Http協議的傳輸。
第二類的范圍是1024~49151，稱為登記端口，一般情況下不應該在程序中使用。
第三類的范圍是49152~65535，稱為私有端口，這些端口可以由普通用戶程序使用。

在我們用Socket開發網絡應用程序中，還有一個就是端點的概念，在網絡中，通過IP地址，協議和端口號可以唯一地確定網絡上的一個應用程序，其中把IP地址和端口的組合叫做端點（EndPoint）。每個Socket需要綁定到一個端點上與其他端點進行通信。

介紹完基本的一些概念后，下面演示通過Socket編程實現一個簡單的Web服務器，此實例中就是簡單向瀏覽器返回一個固定的靜態頁面,實現代碼如下：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

namespace WebServer
{
    /// <summary>
    /// 實現一個簡單的Web服務器
    /// 該服務器向請求的瀏覽器返回一個靜態的HTML頁面
    /// </summary>
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 獲得本機的Ip地址，即127.0.0.1
            IPAddress localaddress =IPAddress.Loopback;
            
            // 創建可以訪問的斷點，49155表示端口號，如果這里設置為0，表示使用一個由系統分配的空閑的端口號
            IPEndPoint endpoint = new IPEndPoint(localaddress,49155);

            // 創建Socket對象,使用IPv4地址，數據通信類型為數據流，傳輸控制協議TCP協議.
            Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
            
            //將Socket綁定到斷點上
            socket.Bind(endpoint);
            // 設置連接隊列的長度
            socket.Listen(10);

            while (true)
            {
                Console.WriteLine("Wait an connect Request...");
                // 開始監聽，這個方法會堵塞線程的執行，直到接受到一個客戶端的連接請求
                Socket clientsocket =socket.Accept();
                
                // 輸出客戶端的地址
                Console.WriteLine("Client Address is: {0}", clientsocket.RemoteEndPoint);
                // 把客戶端的請求數據讀入保存到一個數組中
                byte[] buffer =new byte[2048];

                int receivelength = clientsocket.Receive(buffer, 2048, SocketFlags.None);
                string requeststring = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, receivelength);
                
                // 在服務器端輸出請求的消息
                Console.WriteLine(requeststring);

                // 服務器端做出相應內容
                // 響應的狀態行
                string statusLine ="HTTP/1.1 200 OK\r\n";
                byte[] responseStatusLineBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(statusLine);
                string responseBody = "<html><head><title>Default Page</title></head><body><p style='font:bold;font-size:24pt'>Welcome you</p></body></html>";
                string responseHeader = 
                    string.Format(
                        "Content-Type: text/html; charset=UTf-8\r\nContent-Length: {0}\r\n",responseBody.Length);

                byte[] responseHeaderBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(responseHeader);
                byte[] responseBodyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(responseBody);

                // 向客戶端發送狀態行
                clientsocket.Send(responseStatusLineBytes);

                // 向客戶端發送回應頭信息
                clientsocket.Send(responseHeaderBytes);

                // 發送頭部和內容的空行
                clientsocket.Send(new byte[] { 13, 10 });

                // 想客戶端發送主體部分
                clientsocket.Send(responseBodyBytes);

                // 斷開連接
                clientsocket.Close();
                Console.ReadKey();
                break;                                         
            }
            
            // 關閉服務器
            socket.Close();

        }
    }
}

運行結果：

首先運行服務端后的界面：

在瀏覽器中輸入http://localhost:49155/ 則瀏覽器可以看到如下的所示的結果：

此時在服務器端顯示的輸出為：

這里只是簡單實現了一個web服務器的功能，當然實際的Web服務器通過用戶的發來的Http請求中獲得請求文件類型，請求文件名以及請求目錄等信息，然后Web服務器根據這些請求信息從服務器的物理目錄中尋找請求的文件，如果在服務器中找到請求的文件，然后服務器把響應內容發送給客戶端。這里只是通過這個簡單的Web服務器讓大家理解請求/響應模型以及Web服務器的工作原理，一些復雜的Web服務器也是在此基礎進行一些其他功能的擴展。

二、基於TcpListener的Web服務器

在.net平台下，為了簡化網絡編程，.net對套接字又進行了一次封裝，封裝后的類是在System.Net.Sockets命名空間下的TcpListener類和TcpClient類，使用TcpListener類用來監聽和接收傳入的連接請求，在該類的構造函數中只需要傳遞一組網絡端點信息就可以准備好監聽參數，而不需要設置使用的網絡協議等細節，調用Start方法后，監聽工作就開始（間接調用了Socket.Listen方法），AcceptTcpClient方法將阻塞進程，直到一個客戶端發來連接請求為止，這個方法返回一個

封裝了Socket的TcpClient對象，同時從傳入的連接隊列中刪除該客戶端的連接請求。此時通過這個TcpClient對象與客戶端進行通信。

下面是基於TcpListener和TcpClient的一個簡單的Web服務器的代碼：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

namespace TcpWebserver
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 獲得本機的Ip地址，即127.0.0.1
            IPAddress localaddress =IPAddress.Loopback;
            
            // 創建可以訪問的斷點，49155表示端口號，如果這里設置為0，表示使用一個由系統分配的空閑的端口號
            IPEndPoint endpoint = new IPEndPoint(localaddress, 49155);

            // 創建Tcp 監聽器
            TcpListener tcpListener = new TcpListener(endpoint);
            
            // 啟動監聽
            tcpListener.Start();
            Console.WriteLine("Wait an connect Request...");
            while (true)
            {
                // 等待客戶連接
                TcpClient client =tcpListener.AcceptTcpClient();
                if (client.Connected == true)
                {
                    // 輸出已經建立連接
                    Console.WriteLine("Created connection");
                }

                // 獲得一個網絡流對象
                // 該網絡流對象封裝了Socket的輸入和輸出操作
                // 此時通過對網絡流對象進行寫入來返回響應消息
                // 通過對網絡流對象進行讀取來獲得請求消息
                NetworkStream netstream = client.GetStream();
                // 把客戶端的請求數據讀入保存到一個數組中
                byte[] buffer = new byte[2048];

                int receivelength = netstream.Read(buffer, 0, 2048);
                string requeststring = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, receivelength);

                // 在服務器端輸出請求的消息
                Console.WriteLine(requeststring);

                // 服務器端做出相應內容
                // 響應的狀態行
                string statusLine = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
                byte[] responseStatusLineBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(statusLine);
                string responseBody = "<html><head><title>Default Page</title></head><body><p style='font:bold;font-size:24pt'>Welcome you</p></body></html>";
                string responseHeader =
                    string.Format(
                        "Content-Type: text/html; charset=UTf-8\r\nContent-Length: {0}\r\n", responseBody.Length);

                byte[] responseHeaderBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(responseHeader);
                byte[] responseBodyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(responseBody);
                
                // 寫入狀態行信息
                netstream.Write(responseStatusLineBytes, 0, responseStatusLineBytes.Length);
                // 寫入回應的頭部
                netstream.Write(responseHeaderBytes, 0, responseHeaderBytes.Length);
                // 寫入回應頭部和內容之間的空行
                netstream.Write(new byte[] { 13, 10 }, 0, 2);

                // 寫入回應的內容
                netstream.Write(responseBodyBytes, 0, responseBodyBytes.Length);

                // 關閉與客戶端的連接
                client.Close();
                Console.ReadKey();
                break;
            }
            
            // 關閉服務器
            tcpListener.Stop();
        }
    }
}

程序的輸出結果和前面的用Socket實現的效果相同，這里就不再貼圖了，這里實現的Web服務器都是建立控制台的應用程序來實現的，感興趣的朋友也可以用Windows窗體進行實現，同時這里也只是簡單列出了采用同步的方式進行實現的，同時TcpListener類和TcpClient類同時支持異步操作的方法，下面列出這個兩個類中異步操作的方法如下表：

類	方法	說明
TcpListener	BeginAcceptTcpClient	開始一個異步操作接受一個傳入的連接
TcpListener	EndAcceptTcpClient	異步接受傳入的連接，並創建新的TcpClient對象來處理客戶端的通信
TcpClient	BeginConnect	開始一個對遠程主機連接的異步請求
TcpClient	EndConnect	異步接受傳入的連接嘗試。

如果想了解線程同步和異步的朋友可以參考我的多線程處理系列：http://www.cnblogs.com/zhili/archive/2012/07/21/ThreadsSynchronous.html

三、總結

到這里這篇文章就差不多介紹到這里了，本專題是介紹如何自定義一個簡單Web服務器，通過這個專題希望大家可以對Web服務器的工作過程有一個簡單的了解。

另外在這個專題里面我們是用IE瀏覽器進行發送客戶請求的，所以后面專題將介紹自定義一個瀏覽器，通過我們自定義的瀏覽器來對Web服務器發送請求，然后在自己自定義的瀏覽器中把響應消息顯示出來。

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