【Web后端笔记】基于Socket实现的简单Web服务器搭建

浏览数：45 / 时间：2015年06月09日

我们在地址栏中输入的内容称为通用资源标记符（Universal Resource Identifier，URI）它有很多种样式，在Web中我们通常称为统一资源定位符（Uniform Resource Locator，URL）的形式，它的格式如下：　

协议：//主机[.端口号][绝对路径[?参数]]　

在http://www.cnblogs.com/DebugLZQ/中，http表示协议名称;www.cnblogs.com表示主机的地址；可选的端口号没有出现，那么，将使用http协议默认的端口号80；绝对路径为/DebugLZQ/;在这个例子中没有参数出现。

在.NET中，不管是URI还是URL，都使用定义在System命名空间中得URI类来进行处理。对应上面的介绍，这个类定义了5个属性，分别对应5个组成部分，如下所示：

　　　　Scheme：协议的名称

　　　　Host：取得URI地址中得主机部分

　　　　Port：取得端口号

　　　　AbsolutePath：绝对路径部分

　　　　Query：URI地址中得参数部分

下面的例子演示了地址中各个部分：

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5  
 6 namespace URI说明
 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 }

输出结果如下：

其中绝对路径部分使用类似于Unix的文件目录的形式来描述服务器中得资源，这个绝对路径被传送到服务器之后，在Web服务器上通常被称为虚拟路径。

我们在地址栏输入URL后，如何找到服务器呢？互联网上的主机千千万，我们要访问的服务器是互联网上数千万台服务器中得一台，它很可能远在地球的另一边。浏览器要找到服务器，需要提供服务器的网络地址。

在当前的TCP/IP协议下，所谓服务器的网络地址，就是一个IP地址，目前我们使用IPv4的地址，即IP协议第4个版本规定的地址，每个地址由四个字节共32位组成。理论上将，可以表示4G个网络地址。通常我们用远点分隔四个数字来表示一个地址，每个数字对应地址的一个字节，例如，微软的IP地址为：207.46.19.254，直接在地址栏中输入http://207.46.19.254也可以访问网页。

但是，这些数字实在很难让人记忆，人们更愿意通过一个有意义的名字来找到一台主机。在经历了短暂得互联网初期阶段之后，1983年，保罗·莫卡派（Paul Mockapetris）发明了域名系统，这样，在互联网上，我们可以为IP地址起一个有意义的名字以方便找寻主机，这个名字成为域名。比如，微软Web服务器的域名为www.microsoft.com，这个名字对应实际IP地址为207.46.19.254。

虽然这个名字很好记，但是只有这个名字并不能直接找到微软的Web服务器，必须建立起名字和IP地址之间的对应关系。这个工作由域名服务器DNS（即Domain Name Server）完成。DNS服务器提供一个列私语分层的通讯录，允许用户通过域名来查找对应的地址，或者完成通过地址来查找对应的域名。通常情况下，互联网服务商已经为我们自动设置了DNS服务器，因此可以简单地通过www.microsoft.com域名找到微软的Web服务器。

找到服务器之后，需要将请求从我们的客户端传输到服务器，那么，两台计算机是如何通信的呢？他们如何才能理解彼此发送的数据呢？这就需要提到协议。

当浏览器寻找到Web服务器的地址之后，浏览器帮助我们把对服务器的请求转换为一系列参数发送给Web服务器。服务器受到浏览器发来的请求参数之后，将会分析这些数据，并进行处理。然后向浏览器回应处理的结果，也就是一些新的数据；这些数据通常是HTML网页或者图片。浏览器收到之后，解析这些数据，将它们呈现在浏览器的窗口中，这就是我们看到的网页。

在浏览器与Web服务器的对话中，需要使用双方都能够理解的语法规范进行通信，这种程序之间进行通信的语法规范，我们称之为协议。协议有许多种，根据国际标准化组织ISO的网络参考模型，程序与程序之间的通信可分为7层，从低到高依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。每层都有自己对应的协议。比如，应用层之间的协议我们称之为应用层协议。不同的应用程序可能有着不同的应用层协议。同一层的协议也可能有很多种。

浏览器与Web服务器之间的协议是应用层协议，当前，我们主要遵循的协议为HTTP/1.1。HTTP协议是Web开发的基础，这是一个无状态的协议，客户机与服务器之间通过请求和相应完成一次会话（Session）。每次会话中，通信双方发送的数据称为消息（Message），消息分两种：请求消息和回应消息。

消息的格式如图所示。

图DebugLZQ用绘图画的，不太美观。吼吼。。。博友心声：真丑。。。

每个消息可能由三部分组成，第一部分为请求行或者回应的状态行，第二部分为消息的头部，第三部分为消息体部分。消息头部分和消息体部分使用一个空行进行分隔。

通常情况下，我们在客户端使用浏览器来访问服务器，浏览器软件帮助我们构造所有的请求消息。使用Fiddler软件，可以帮助我们检测到浏览器与服务器之间的通信内容，如图所示。

上图右上部为浏览器请求的内容，可以看到，第一行为请求行，请求的内容为：

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

下面的连续N行为请求头部分，然后是一个空行，由于是GET请求，所以没有请求体部分。

图右下部为服务器回应的内容，第一行为回应的状态行，HTTP/1.1 200 OK表示请求的内容可以找到，但是需要到另外的地址去取。下面的15行为回应的头部。一个空行分隔了回应的头部和回应体部分，回应体中为一个简单的HTML网页。

HTTP协议定义了内容的格式，这是一个应用层的协议，应用层协议的内容需要通过传输层在浏览器和服务器之间传送，TCP/IP协议是ISO网络参考模型的一种实现。在TCP/IP协议中，与网络程序员相关的主要有两层：传输层和应用层。

传输层协议负责解决数据传输问题，包括数据通行的可靠性问题。传输层依赖更底层的网络层来完成实际的数据传输，在TCP/IP网络协议中，负责可靠通信的传输层协议为TCP协议。而网络层一般用网络驱动来实现，普通的程序员不会涉及；在TCP/IP协议中，网络层的协议为IP协议。

应用层用于在特定的应用程序之间传输数据。HTTP协议就是TCP/IP协议中专门用于浏览器与Web服务器之间通信的应用层协议。应用层协议依赖于传输层协议完成数据传输，传输层协议依赖于网络层协议王城数据传输，他们之间的关系如下图（浏览器与服务器之间网络通信的传输过程）：

到这里，我们的准备理论超不读了，哦，还得再认识下Socket。

在遥远的Unix时代，为了解决传输层的编程问题，从4.2BSD Unix开始，Unix提供了类似于文件操作的网络操作方式----Socket。通过Socket，程序员可以像文件一样通过打开、写入、读取、关闭等操作完成网络编程。这使得网络编程可以统一到文件操作之下。通过Socket帮助程序员解决网络传输层的问题，而系统中得网络系统负责处理网络内部的复杂操作，这样程序员就可以比较容易地编写网络应用程序。需要注意的是应用层的协议需要针对网络程序专门处理，Socket不负责应用层的协议，仅仅负责传输层的协议。

当然网络毕竟不是简单的文件，所以，在使用Socket的时候，程序员还是需要设置一些网络相关的细节问题参数。

当通过Socket开发网络应用程序的时候，首先需要考虑所使用的网络类型，主要包括以下三个方面：

　　　　1）Socket类型，使用网络协议的类别，如IPv4的类型为PF_INET。

　　　　2）数据通信的类型，常见的数据报（SOCK_DGRAM）、数据流（SOCK_STREAM）。

　　　　3）使用的网络协议，比如：TCP协议。

在同一个网络地址上，为了区分使用相同协议的不同应用程序，可以为不同的应用程序分配一个数字编号，这个编号称为网络端口号（port）。端口号是一个两字节的证书，取值范围从0~65535。IANA（Internet Assigned Number Authority，互联网地址分配机构）维护了一个端口分配列表，这些端口分三类，第一类的范围是0~1023，称为众所周知的端口，由IANA进行控制和分配，由特定的网络程序使用，例如，TCP协议使用80号端口来完成HTTP协议的传输。第二类的范围是1024~49151，称为登记端口，这些端口不由IANA控制，但是IANA委会了一个登记的列表，如果没有在IANA登记的话，也不应该在程序中使用。但是大多数的系统中，在没有冲突的情况下，也可以有用户程序使用。第三类的范围是49152~65535，称为动态或者似有端口号，这些端口可以由普通用户程序使用。

对于一个网络应用程序来说，通过地址、协议和端口号可以唯一地确定网络上的一个应用程序。其中地址和端口的组合称为端点（EndPoint）。每个Socket需要绑定到一个端点上与其他端点进行通信。

在.NET中，System.Net命名空间提供了网络编程的大多数数据类型以及常用操作，其中常用的类型如下：

　　　　1）IPAddress类用来表示一个IP地址。

　　　　2）IPEndPoint类用来表示一个IP地址和一个端口号的组合，称为网络的端点。

　　　　3）System.Net.Sockets命名空间中提供了基于Socket编程的数据类型。

　　　　4）Socket类封装了Socket的操作。

常用的操作如下：

　　　　1）Listen：设置基于连接通信的Socket进入坚挺状态，并设置等待队列的长度。

　　　　2）Accept：等待一个新的连接，当新连接到达的时候，返回一个指针对新连接的Socket对象。通过新的Socket对象，可以与新连接通信。

　　　　3）Receive：通过Socket接受字节数据，保存到一个字节数组中，返回实际接受的字节数。

　　　　4）Send：通过Socket发送预先保存在字节数组中得数据。

博友声音：够了，说了这么多，DebugLZQ真是不嫌麻烦。。。快！！！！！

DebugLZQ：吼吼，有了上面的基础，下面用代码演示如何通过Socket编程创建一个简单的Web服务器。必要说明：这个服务器通过49152号端口提供访问，向浏览器返回一个固定的静态网页。在这个解决方案中，请求的消息由浏览器生成，并发送到服务器，这个程序将简单地显示请求信息。回应的消息由服务器程序生成，通过Socket传输层返回给浏览器。

 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 基于Socket的最简单Web服务器
 9 {
10     class Program
11     {
12         static void Main(string[] args)
13         {
14             IPAddress address = IPAddress.Loopback;//取得本机的loopback网络地址，即127.0.0.1
15             IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(address, 49152);//创建可访问的端点，49152表示端口号，如果设置为0，表示使用一个空闲的端口号
16             Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建socket,使用IPv4地址，数据通信类型为字节流，TCP协议
17             socket.Bind(endPoint);//将socket绑定到一个端点上
18             socket.Listen(10);//设置连接队列的长度
19             Console.WriteLine("开始监听，端口号：{0}",endPoint.Port );
20             while (true)
21             {
22                 Socket client = socket.Accept();//开始监听，这个方法会阻塞线程的执行，直到接受到一个客户端的请求连接
23                 Console.WriteLine(client.RemoteEndPoint);//输出客户端的地址
24                 byte[] buffer = new byte[4096];//准备读取客户端请求的数据，读取的数据将保存在一个数组中
25                 int length = client.Receive(buffer, 4096, SocketFlags.None);//接受数据
26                 //将请求数据翻译为UTF-8
27                 System.Text.Encoding utf8 = System.Text.Encoding.UTF8;
28                 string requestString = utf8.GetString(buffer, 0, length);
29                 Console.WriteLine(requestString);//显示请求
30                 //回应的状态行
31                 string statusLine = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
32                 byte[] statusLineBytes = utf8.GetBytes(statusLine);
33                 //准备发送回客户端的网页
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                 //回应的头部
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                 //向客户端发送状态信息
41                 client.Send(statusLineBytes);
42                 //向客户端发送回应头
43                 client.Send(responseHeaderBytes);
44                 //头部与内容的分隔行
45                 client.Send(new byte[]{13,10});
46                 //向客户端发送内容部分
47                 client.Send(responseBodyBytes);
48  
49                 //断开与客户端的连接
50                 client.Close();
51                 if (Console.KeyAvailable)
52                     break;
53             }
54             socket.Close();
55         }
56     }
57 }