概念
序列化和反序列化
协议
- 如何制定自定制协议
- 知名协议----HTTP协议
- - URL的组成
  - HTTP协议请求格式
  - - 首行
    - 头部
    - 空行
    - 正文
  - HTTP协议响应格式
  - - 首行
    - 头部
    - 空行
    - 正文
- HTTPS
- - 简单模拟实现HTTP服务器

概念

应用层：是TCP/IP的顶层，通过使用传输层提供的服务，直接向用户提供服务，是TCP/IP网络与用户之间的界面或接口。应用层是直面程序员的一层，因为应用层是程序员自己写的，因此应用层的协议都是程序员自己定的

应用层上的典型应用包括web浏览器、电子邮件、文件传输访问和远程登录等。

序列化和反序列化

序列化：将各个数据对象按照指定的协议组织成为持久化存储/数据传输的二进制数据串
反序列化：将二进制数据串按照指定协议解析得到各种数据对象
常用的序列化方式：json序列化/protobuf/二进制序列化
序列化方式的评价标准：解析数据的性能、传输数据的性能、和可读性

协议

应用层有两个重要的协议：一个是自定制协议，一个是超文本传送协议HTTP。
自定义协议：程序员自己根据自己的应用场景的特点，定义协议（数据的格式/数据的描述信息）

如何制定自定制协议

我们以一个简单的网络版计算器来举例，计算机功能为：客户端发送两个数字以及一个运算符给服务端，服务端获取到数据后然后进行运算，将运算结果返回给客户端。
有两种约定方案可以实现:
方案一：1、客户端发送一个型如"1+1"的字符串；2、这个字符串的两个操作数都是整形；3、两个数字之间会有一个字符是运算符，运算符只能是+；4、数字和运算之间没有空格
方案二：采用结构体构造二进制数据串，将三个数据都封装到一个结构体中

struct cal_t
{int num1;int num2;char op;
};

这种方案是非常常用的，将多个对象封装成一个对象，当客户端收到数据时就不用再多此一举得去解析，而是按指定格式去取数据；前4个字节数数据1，前8个字节的后4字节是数据2，最后一个字节就是运算符。用起来非常方便

socket封装的对象中添加结构体信息

typedef struct
{int num1;int num2;char op;
}cal_t;

客户端：

cal_t cal;
cal.num1 = 12;
cal.num2 = 34;
cal.op = '+';
send(fd, (char*)&cal, sizeof(cal_t), 0);

服务端：

cal_t cal;
recv(fd, (char*)&cal, sizeof(cal_t), 0);
printf("%d % c %d\n", cal.num1, cal.op, cal.num2);

这样子就可以实现自定制协议了

知名协议----HTTP协议

HTTP是当今互联网应用中使用最广泛的应用层协议，也是应用程序之间远程通信所采用比较多的协议，用来在浏览器和WWW服务器之间传送超文本的协议。基于浏览器的HTMP、XML、JSON、等格式的文本都是通过HTTP进行传输的。它非常便捷，客户向服务端发送请求服务时，只需要发送路径、参数以及请求方法即可。请求方法常用的右GET、POST、UDPATE、DELETE等，它们组成RESTful架构风格的不可缺一的部分

网址：例如我们平时打开的网页都有相对应的网址https://www.baidu.com/。网址是统一资源定位器，简称URL，定位网络中某台主机上的某个资源

URL的组成

协议方案名称://认证用户名:认证密码@服务器IP地址:服务器处理进程端口/请求的资源路径?查询字符串#片段标识符

http://username:password@www.baidu.com:80/index.html?name=WhiteShirtI&age=21#id

协议方案名称(常用)：通信协议，通常使用http

认证用户名:认证密码(少用)：用户的账号密码

服务器IP地址(常用)：我们看到的不一定是IP地址，也可能是一个域名，也就是服务器的别名，通过域名解析服务器就能得到服务器的IP地址

服务器处理进程端口(常用)：web服务器默认http服务器端口是80端口，默认不显示

/请求的资源路径(常用)：资源在服务器上的路径，这里的/是http的根目录，但是是一个服务器的相对根目录，只是一个子目录。原因是省去前面重要的目录地址信息，防止用户访问

查询字符串：客户端提交给服务端的一些数据，由key=val&key=val形式的键值对组成的；查询的字符串不能出现特殊字符：因为url中特殊字符都是有特殊含义的，一旦提交的数据中有特殊字符，就会造成数据二义，因此若要提交的数据中有特殊字符，则需要进行数据转义；urlencode：url解码，提交的数据中不能出现特殊字符，一旦出现就要进行转义。将特殊字符每一个字节转换为16进制的数字字符，并且使用%前缀作为转义；+ 转义成 %2B ；解释：在ASSIC中+是代表数字43，转换成16进制就是2B

urldecode：url解码，在url中遇到%，则认为其后两个字符需要转义，将第一个字符转换成数字乘以16，加上第二个字符转换的数字。%2B 转义成 + ；解释：2*16+11=43, 将43转换为ASSIC码对应的符号

片段标识符：html中的一个标签id，直接跳转到页面的某个位置

HTTP协议请求格式

HTTP协议请求包含四个内容：首行、请求头部、空行、正文

首行

GET https://blog.csdn.net/qq_44443986?spm=1011.2124.3001.5113 HTTP/1.1 以空格进行间隔包含三个要素，并且最终以\r\n作为结尾
第一要素：请求方式：GET/POST/HEAD/PUT/DELETE/CONNECT/OPTIONS/TRACE/PATCH

GET-请求指定的页面信息，并返回实体主体，没有请求正文。也可以通过url中查询字符串向服务器提交数据，但是数据不安全且 url长度有限制(各个服务器应用商的限制)
POST-向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件），且提交的数据在请求正文中，相对GET比较安全且无长度限制。
HEAD-类似于 GET 请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报头

第二要素：URL：网址信息
第三要素：协议版本：HTTP/1.1/0.9/1.0/2.0

HTTP/0.9-这时候的http仅用于传输html数据，并且只有GET请求方法，并且没有协议标准格式
HTTP/1.0-正式规定了http协议格式，并且增加了多种请求方法，并且支持了不同文件格式的数据流
HTTP/1.1-在1.0的基础上增加了更多请求方法和头部描述信息，并且支持了长连接管线化传输。（http基于在传输层tcp实现通信，短连接指的是建立连接后发送一个请求，得到响应之后就关闭连接；长连接指的是发送请求得到响应后并不会关不连接，当下次再来一次请求是还会使用当前这个连接，但这个连接不是永久存在的，当两端长时间没有交往时会自动断开；管线化传输指的是将多个HTTP请求整批提交的技术，而在传送过程中不需先等待服务端的回应 <响应的顺序必须与请求的顺序保证一致：1请求到2请求，必须等到1响应了2才能响应，存在线头阻塞问题>）
HTTP/2.0-采用二进制流传输，并且支持多路复用，并且允许服务端主动推送数据。(服务端主动推送数据是指请求一次，服务端会一次性推送所有数据，而不是一个请求，对应一个响应的数据；<利用多路复用，头部中标识了自己属于哪个流，解决了线头阻塞的问题，同时也提高了网络速度的利用率>)

头部

请求头部用来描述本次请求的关键字段信息，由key:val形式的键值对组成，并且每个键值对以\r\n作为结尾

Connection-控制长/短连接
Cache-Control-缓存控制
User-Agent-客户端的属性
Accept-描述自己所能接收的数据属性
Content-Length-描述正文长度
Content-type-描述正文的数据类型
Get请求方式专属信息：Cookie-带有客户端的身份、状态等信息，客户端每次通信从cookie文件读取数据，通过cookie向服务端传递信息，(用于维护客户端状态信息)但是不够安全。Post则是将这些信息保存在正文中(安全)

空行

目的是间隔头部与正文，\r\n。接收http数据的时候，当连续接收两个\r\n的时候，则就认为头部到此结束。

正文

先获取完整头部，通过头部中的Content-Lenght获取正文长度，然后获取指定长度的正文，通过这种方式每次获取完整一条http请求数据
正文就是提交给服务端的数据

HTTP协议响应格式

HTTP协议响应包含四个内容：首行、请求头部、空行、正文

首行

HTTP/1.1 200 OK 以空格进行间隔包含三个要素，并且最终以\r\n作为结尾
第一要素：版本协议
第二要素：响应状态码
响应状态码是一个数字，这个数字表示本次的请求后服务端所做出响应的结果，这个结果分为五大类型：

1xx：描述信息-服务器收到请求，需要请求者继续执行操作
2xx：请求成功-操作被成功接收并处理；典型的有200-请求成功。一般用于GET与POST请求
3xx：重定向-要求客户端重新请求新的位置；典型的有301-永久移动、302-临时移动
4xx：客户端错误-请求包含语法错误或无法完成请求；典型的有400-请求错误；404-请求的资源不存在
5xx：服务端错误-服务器在处理请求的过程中发生了错误；典型的有500-服务器内部错误，无法完成请求；502-服务器作为网关或代理尝试执行请求时，从远程服务器接收到了一个无效的响应；504-服务器作为网关或代理，但是没有及时从远程服务器收到请求，响应超时

第三要素：描述状态码
对状态码的描述信息，可以是官方文档对应的描述信息，也可以自定义描述信息

HTTP状态码大全

头部

响应头部用来描述本次响应的关键字段信息，由key:val形式的键值对组成，并且每个键值对以\r\n作为结尾

Connection-控制长/短连接
Content-type-描述正文的数据类型
Server-包含有关用作原始服务器处理请求的软件信息
Transfer-Encoding-指定实体正文传输给客户端的方式，例如chunked-分块传输，将一个正文分为多块进行传输
Expires-缓存过期时间
Cache-Control-缓存控制
Set-Cookie-服务端通过set-cookie向客户端传递信息，会被保存在客户端浏览器的cookie文件中

由于cookie的使用不够安全，从而引入了Session，搭配cookie使用
Session-会话：服务端会为每个登录的客户端创建会话session，会话session保存了一些会话信息(客户端身份、状态信息等)，并且session保存在服务端。可以通过cookie将session id返回给客户端，客户端每次通信都会通过cookie带有自己的session id，服务端就通过session id知道这是哪一个客户端了
图解：

cookie和session的区别：cookie是保存在客户端上的数据(用户信息)，用于持续与服务端进行信息传递的一种手段；session是一种会话的控制，服务端保存的会话信息包含客户端的身份状态信息，通过cookie/set-cookie传递session_id进行客户端的身份状态识别

空行

目的是间隔头部与正文，\r\n。接收http数据的时候，当连续接收两个\r\n的时候，则就认为头部到此结束。

正文

正文就是提交给服务端的数据

HTTPS

HTTPS协议并不是一个新的协议，而是在HTTP协议基础上进行了一层加密。https协议是基于ssl进行加密实现的加密传输协议

安全传输需要考虑的问题：
1、身份验证问题：防止伪装
2、数据加密问题：防止监听

CA证书：通信双方在通信前先到权威机构请求给自己颁发一个CA证书

通信两方建立连接后，在通信之前先将证书发送给对方，收到对方的证书后，查看证书的权威机构是否是自己所信任的权威机构，如果是则到权威机构进行身份验证，通过后才进行通信

对称加密：服务器和浏览器使用的密钥都是同一个密钥
非对称加密：一个为公钥，一个为私钥，公钥和私钥之间不能相互推导，公钥加密需要私钥解密，私钥加密需要公钥解密
混合加密：通信时先使用非对称加密保护对称密钥协商的过程，直到对称密钥协商完后再使用对称加密进行传输

简单模拟实现HTTP服务器

实现流程

从键盘接收IP地址和PORT
创建套接字，为套接字绑定地址信息，服务端开始监听请求
开始接收客户端请求
用一个字符串req接收浏览器的请求信息
按照http响应信息格式定义首行first、头部header、空白行blank、正文body
将响应信息发送给用户
关闭套接字

//http_srv.cpp
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace std;int main(int argc, char* argv[])
{if (argc != 3){cout << "请按格式输出 ./http_srv ip port" << endl;return -1;}//ip地址string ip = argv[1];//端口号uint16_t port = stoi(argv[2]);//创建套接字int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd < 0){perror("socket");return -1;}//绑定套接字信息struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());addr.sin_port = htons(port);socklen_t srv_len = sizeof(addr);int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, srv_len);if (ret < 0){perror("bind");return -1;}//服务端开始监听ret = listen(fd, 5);if (ret < 0){perror("listen");return -1;}while (1){//接收客户端请求struct sockaddr_in cli_addr;socklen_t cli_len;int cli_fd = accept(fd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &cli_len);if (cli_fd < 0){perror("accept");continue;}//用于接收http响应信息string req;char tmp[4096] = {0};ret = recv(cli_fd, tmp, 4096, 0);if (ret <= 0){perror("recv");continue;}req.assign(tmp, ret);cout << "req[" << req << "]" << endl;//定义http响应信息，反馈给用户//首行string first = "HTTP/1.1 200 ok\r\n";//空白行string blank = "\r\n";//正文string body = "<html><body><h1>Hello WhiteShirtI<h1></body></html>";//头部信息stringstream header;header << "Content-Length:" << body.size() << "\r\n";header << "Connection:close\r\n";//响应信息发送给用户send(cli_fd, first.c_str(), first.size(), 0);send(cli_fd, header.str().c_str(), header.str().size(), 0);send(cli_fd, blank.c_str(), blank.size(), 0);send(cli_fd, body.c_str(), body.size(), 0);close(cli_fd);}close(fd);
}

运行结果：
先开启服务端，等待请求

打开网页，输入http://192.168.73.130:8888 (如果是虚拟机必须关闭虚拟机的防火墙systemctl disable firewalld)

服务端收到请求信息

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