【Web后端筆記】基於Socket實現的簡單Web服務器搭建

我們在地址欄中輸入的內容稱為通用資源標記符（Universal Resource Identifier，URI）它有很多種樣式，在Web中我們通常稱為統一資源定位符（Uniform Resource Locator，URL）的形式，它的格式如下：　

      協議：//主機[.端口號][絕對路徑[?參數]]　

      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，那么，將使用http協議默認的端口號80；絕對路徑為/DebugLZQ/;在這個例子中沒有參數出現。

      在.NET中，不管是URI還是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，如下所示：

　　　　Scheme：協議的名稱

　　　　Host：取得URI地址中得主機部分

　　　　Port：取得端口號

　　　　AbsolutePath：絕對路徑部分

　　　　Query：URI地址中得參數部分

      下面的例子演示了地址中各個部分：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
 
namespace URI說明
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            System.Uri DebugLZQAddress = new Uri("http://www.cnblogs.com/DebugLZQ/");
            Console.WriteLine("Scheme: {0}",DebugLZQAddress.Scheme );
            Console.WriteLine("Host: {0}", DebugLZQAddress.Host );
            Console.WriteLine("Port: {0}", DebugLZQAddress.Port );
            Console.WriteLine("AbsolutePath: {0}", DebugLZQAddress.AbsolutePath );
            Console.WriteLine("Query: {0}", DebugLZQAddress.Query );
        }
    }
}

輸出結果如下：

其中絕對路徑部分使用類似於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之后，在Web服務器上通常被稱為虛擬路徑。

      我們在地址欄輸入URL后，如何找到服務器呢？互聯網上的主機千千萬，我們要訪問的服務器是互聯網上數千萬台服務器中得一台，它很可能遠在地球的另一邊。瀏覽器要找到服務器，需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，目前我們使用IPv4的地址，即IP協議第4個版本規定的地址，每個地址由四個字節共32位組成。理論上將，可以表示4G個網絡地址。通常我們用遠點分隔四個數字來表示一個地址，每個數字對應地址的一個字節，例如，微軟的IP地址為：207.46.19.254，直接在地址欄中輸入http://207.46.19.254也可以訪問網頁。

      但是，這些數字實在很難讓人記憶，人們更願意通過一個有意義的名字來找到一台主機。在經歷了短暫得互聯網初期階段之后，1983年，保羅·莫卡派（Paul Mockapetris）發明了域名系統，這樣，在互聯網上，我們可以為IP地址起一個有意義的名字以方便找尋主機，這個名字成為域名。比如，微軟Web服務器的域名為www.microsoft.com，這個名字對應實際IP地址為207.46.19.254。

      雖然這個名字很好記，但是只有這個名字並不能直接找到微軟的Web服務器，必須建立起名字和IP地址之間的對應關系。這個工作由域名服務器DNS（即Domain Name Server）完成。DNS服務器提供一個列私語分層的通訊錄，允許用戶通過域名來查找對應的地址，或者完成通過地址來查找對應的域名。通常情況下，互聯網服務商已經為我們自動設置了DNS服務器，因此可以簡單地通過www.microsoft.com域名找到微軟的Web服務器。

      找到服務器之后，需要將請求從我們的客戶端傳輸到服務器，那么，兩台計算機是如何通信的呢？他們如何才能理解彼此發送的數據呢？這就需要提到協議。

      當瀏覽器尋找到Web服務器的地址之后，瀏覽器幫助我們把對服務器的請求轉換為一系列參數發送給Web服務器。服務器受到瀏覽器發來的請求參數之后，將會分析這些數據，並進行處理。然后向瀏覽器回應處理的結果，也就是一些新的數據；這些數據通常是HTML網頁或者圖片。瀏覽器收到之后，解析這些數據，將它們呈現在瀏覽器的窗口中，這就是我們看到的網頁。

      在瀏覽器與Web服務器的對話中，需要使用雙方都能夠理解的語法規范進行通信，這種程序之間進行通信的語法規范，我們稱之為協議。協議有許多種，根據國際標准化組織ISO的網絡參考模型，程序與程序之間的通信可分為7層，從低到高依次為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。每層都有自己對應的協議。比如，應用層之間的協議我們稱之為應用層協議。不同的應用程序可能有着不同的應用層協議。同一層的協議也可能有很多種。

瀏覽器與Web服務器之間的協議是應用層協議，當前，我們主要遵循的協議為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通過請求和相應完成一次會話（Session）。每次會話中，通信雙方發送的數據稱為消息（Message），消息分兩種：請求消息和回應消息。

      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：真丑。。。    

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

      通常情況下，我們在客戶端使用瀏覽器來訪問服務器，瀏覽器軟件幫助我們構造所有的請求消息。使用Fiddler軟件，可以幫助我們檢測到瀏覽器與服務器之間的通信內容，如圖所示。

上圖右上部為瀏覽器請求的內容，可以看到，第一行為請求行，請求的內容為：

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

      下面的連續N行為請求頭部分，然后是一個空行，由於是GET請求，所以沒有請求體部分。

      圖右下部為服務器回應的內容，第一行為回應的狀態行，HTTP/1.1 200 OK表示請求的內容可以找到，但是需要到另外的地址去取。下面的15行為回應的頭部。一個空行分隔了回應的頭部和回應體部分，回應體中為一個簡單的HTML網頁。

      HTTP協議定義了內容的格式，這是一個應用層的協議，應用層協議的內容需要通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，負責可靠通信的傳輸層協議為TCP協議。而網絡層一般用網絡驅動來實現，普通的程序員不會涉及；在TCP/IP協議中，網絡層的協議為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服務器之間通信的應用層協議。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，他們之間的關系如下圖（瀏覽器與服務器之間網絡通信的傳輸過程）：

到這里，我們的准備理論超不讀了，哦，還得再認識下Socket。

      在遙遠的Unix時代，為了解決傳輸層的編程問題，從4.2BSD Unix開始，Unix提供了類似於文件操作的網絡操作方式----Socket。通過Socket，程序員可以像文件一樣通過打開、寫入、讀取、關閉等操作完成網絡編程。這使得網絡編程可以統一到文件操作之下。通過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復雜操作，這樣程序員就可以比較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。

      當然網絡畢竟不是簡單的文件，所以，在使用Socket的時候，程序員還是需要設置一些網絡相關的細節問題參數。

      當通過Socket開發網絡應用程序的時候，首先需要考慮所使用的網絡類型，主要包括以下三個方面：

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

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

　　　　3）使用的網絡協議，比如：TCP協議。

      在同一個網絡地址上，為了區分使用相同協議的不同應用程序，可以為不同的應用程序分配一個數字編號，這個編號稱為網絡端口號（port）。端口號是一個兩字節的證書，取值范圍從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，第一類的范圍是0~1023，稱為眾所周知的端口，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。第二類的范圍是1024~49151，稱為登記端口，這些端口不由IANA控制，但是IANA委會了一個登記的列表，如果沒有在IANA登記的話，也不應該在程序中使用。但是大多數的系統中，在沒有沖突的情況下，也可以有用戶程序使用。第三類的范圍是49152~65535，稱為動態或者似有端口號，這些端口可以由普通用戶程序使用。

      對於一個網絡應用程序來說，通過地址、協議和端口號可以唯一地確定網絡上的一個應用程序。其中地址和端口的組合稱為端點（EndPoint）。每個Socket需要綁定到一個端點上與其他端點進行通信。

      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常用操作，其中常用的類型如下：

　　　　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，稱為網絡的端點。

　　　　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的操作。

      常用的操作如下：

　　　　1）Listen：設置基於連接通信的Socket進入堅挺狀態，並設置等待隊列的長度。

　　　　2）Accept：等待一個新的連接，當新連接到達的時候，返回一個指針對新連接的Socket對象。通過新的Socket對象，可以與新連接通信。

　　　　3）Receive：通過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：通過Socket發送預先保存在字節數組中得數據。

      博友聲音：夠了，說了這么多，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通過Socket編程創建一個簡單的Web服務器。必要說明：這個服務器通過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，並發送到服務器，這個程序將簡單地顯示請求信息。回應的消息由服務器程序生成，通過Socket傳輸層返回給瀏覽器。

 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net;//
using System.Net.Sockets;//
 
namespace 基於Socket的最簡單Web服務器
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            IPAddress address = IPAddress.Loopback;//取得本機的loopback網絡地址，即127.0.0.1
            IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(address, 49152);//創建可訪問的端點，49152表示端口號，如果設置為0，表示使用一個空閑的端口號
            Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//創建socket,使用IPv4地址，數據通信類型為字節流，TCP協議
            socket.Bind(endPoint);//將socket綁定到一個端點上
            socket.Listen(10);//設置連接隊列的長度
            Console.WriteLine("開始監聽，端口號：{0}",endPoint.Port );
            while (true)
            {
                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連接
                Console.WriteLine(client.RemoteEndPoint);//輸出客戶端的地址
                byte[] buffer = new byte[4096];//准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
                int length = client.Receive(buffer, 4096, SocketFlags.None);//接受數據
                //將請求數據翻譯為UTF-8
                System.Text.Encoding utf8 = System.Text.Encoding.UTF8;
                string requestString = utf8.GetString(buffer, 0, length);
                Console.WriteLine(requestString);//顯示請求
                //回應的狀態行
                string statusLine = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
                byte[] statusLineBytes = utf8.GetBytes(statusLine);
                //准備發送回客戶端的網頁
                string responseBody = "<html><head><title>From Socket Server</title></head><body><h1>Hello world.<h1></body></html>";
                byte[] responseBodyBytes = utf8.GetBytes(responseBody);
                //回應的頭部
                string responseHeader = string.Format("Content-Type:text/html;charset=UTF-8\r\nContent-Length:{0}\r\n",responseBody.Length );
                byte[] responseHeaderBytes = utf8.GetBytes(responseHeader);
 
                //向客戶端發送狀態信息
                client.Send(statusLineBytes);
                //向客戶端發送回應頭
                client.Send(responseHeaderBytes);
                //頭部與內容的分隔行
                client.Send(new byte[]{13,10});
                //向客戶端發送內容部分
                client.Send(responseBodyBytes);
 
                //斷開與客戶端的連接
                client.Close();
                if (Console.KeyAvailable)
                    break;
            }
            socket.Close();
        }
    }
}

運行后，在瀏覽器的窗口中輸入：http://localhost:49152/，瀏覽器中可以看到如下的顯示結果。

在命令行中看到如下輸出：

參考原文：http://www.cnblogs.com/DebugLZQ/archive/2011/12/06/2278234.html