TCP/IP协议学习(四) 基于C# Socket的Web服务器---静态资源处理
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Web服务器是Web资源的宿主，它需要处理用户端浏览器的请求，并指定对应的Web资源返回给用户，这些资源不仅包括HTML文件，JS脚本，JPG图片等，还包括由软件生成的动态内容。为了满足上述需求，一个完整的Web服务器工作流程:
1) 服务器获得浏览器通过TCP/IP连接向服务器发送的http请求数据包。
2) HTTP请求经过Web服务器的HTTP解析引擎分析得出请求方法、资源地址等信息，然后开始处理。
3) 对于静态请求，则在服务器上查询请求url路径下文件，并返回(如果未找到则返回404 No Found)。
4) 涉及动态请求，如CGI， AJAX， ASP等，则根据http方法，采取不同处理。
Web服务器的核心由C# Socket通讯，http解析引擎，静态资源文件查找，动态数据接收和发送4部分组成，本节因为个人编写进度原因主要实现前3个部分(即能够查询静态资源的Web服务器)，动态数据处理因为涉及的处理方式CGI，AJAX，ASP的方法不同，后续完成后在总结相关知识。
1. C# Socket通讯
C# Socket通过对TCP/IP协议进行封装，用于实现满足TCP通讯的API。在B/S架构中，服务器端的处理和C/S连接基本相同，主要工作包含：创建Socket套接字，监听连接，建立连接，获得请求，处理并返回数据，关闭连接等。
程序入口函数，采用轮询方式实现对客户端请求的监听。
//创建监听线程
Thread Listen_thread = new Thread(socket_listen);
Listen_thread.IsBackground = false;
Listen_thread.Start();
监听线程，创建Socket套接字，绑定并监听指定端口，等待连接建立，连接建立后，考虑到网页请求高并发的特性，采用另开线程的方式来处理建立的连接，从而实现并发服务器模式。
Socket server_socket = null;
//监听的IP地址和端口 作为服务器，绑定的只能是本机Ip地址或者环回地址(不能与系统其它进程端口冲突)
//如果绑定为本节IP地址，局域网下其它设备可以通过http://host:port来访问当前服务器
string host = "127.0.0.1";
int port = 3000;
IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);
//新建Socket套接字，绑定在指定的端口并开始监听
server_socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
server_socket.Bind(ipe);
server_socket.Listen(100);
Console.WriteLine("Server Binding at " + host + ":" + port.ToString() +"...");
Console.WriteLine("Wait for connect....");
while (true)
{
Socket CurrentSocket;
//三次握手成功，新建一个连接
CurrentSocket = server_socket.Accept();
Console.WriteLine("New TCP Socket Create...");
//单开一个线程用来处理服务器收发, 并发服务器模式
ParameterizedThreadStart tStart = new ParameterizedThreadStart(socket_process);
Thread process_thread = new Thread(tStart);
process_thread.IsBackground = false;
process_thread.Start(CurrentSocket);
}
连接处理，socket通讯处理主要负责接收连接产生的数据，并将http引擎处理后数据提交给客户端浏览器。
Socket CurrentSocket = (Socket)obj;
try
{
string recvStr = "";
byte[] recvBytes = new byte[2000];
int length;
//获得当前Socket连接传输的数据，并转换为ASCII码格式
length = CurrentSocket.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);
recvStr = Encoding.ASCII.GetString(recvBytes, 0, length);
//http引擎处理，返回获得数据
byte[] bs = http_engine(recvStr, length);
//通过socket发送引擎处理后数据
CurrentSocket.Send(bs, bs.Length, 0);
Console.WriteLine("File Send Finish, Socket Close....\r\n");
//关闭socket连接
CurrentSocket.Close();
}
catch (Exception exception)
{
Console.WriteLine(exception);
CurrentSocket.Close();
}
C# Socket通讯架构的实现和C/S结构没有什么区别，如果了解过Socket可以轻松实现上述socket通讯架构。 不过下面这部分将讲述Web服务器的实现核心--http解析引擎，这也是B/S架构和C/S架构中服务器端最大的区别。
2. http解析引擎
Web服务器主要实现对浏览器请求数据包的处理，并返回指定的http资源或者数据，这些都是由http解析引擎实现，在写http解析引擎之前，我们要知晓接收到的数据才能进行后续的处理，这里提供通过WireShark抓取的http请求包:
虽然HTTP请求包的内容很多，但因为目前实现的功能较少，所以关注的只有http报文起始行就可以，而首部字段可以直接丢弃不处理，后续如果使用认证机制，如白名单，黑名单过滤，帐号/密码保护，资源权限管理等，首部仍然要处理。
对于http报文起始行, 内部以space隔开，并以'\r\n'作为结尾与首部隔开。其中GET：HTTP方法， '/' ：资源路径url， HTTP/1.1:协议版本，参照http权威指南的内容, HTTP协议的常见方法有GET, PUT, DELETE, POST, HEAD这5种，本节中的静态服务器主要涉及到GET方法。了解了需要如何解析HTTP请求报文后，我们先定义一个HTTP报文解析结构，用于存储到解析的信息。
public class HTTPPrase
{
//http方法
public string http_method;
//http资源
public string url;
//http版本号
public string version;
//url解析的请求网页类型
public string type;
};
下面我们就要开始利用C#提供的String方法来截取http报文来实现上述结构体内参数的初始化。
int pos;
//根据\r\n截断，获取http报文首部并转换为小写，方便后续处理
//Get / HTTP/1.1/r/n
pos = str.IndexOf("\r\n");
string str_head = str.Substring(0, pos);
str_head = str_head.ToLower();
//根据' '来截断起始行，并赋值给对应参数
string[] arr = Regex.Split(str_head, @"\s+");
HTTPServer.HTTPPrase http_head = new HTTPServer.HTTPPrase();
http_head.http_method = arr[0]; // "Get"
http_head.url = arr[1]; // "/"
http_head.version = arr[2]; // "HTTP/1.1"
//判断是否有通过ajax要求获得或者提交的动态数据
http_head.ajax_status = str_head.IndexOf(".ajax") != -1 ? true : false;
byte[] bs = http_head.ajax_status == true ? ajax_process(http_head, str) : static_process(http_head, str);
return bs;
下面就可以把数据提交给后端接口，进行处理。因为动态网页处理需要网页端和后端相互的配合，工作量较大，因此本节主要阐述静态网页请求的实现。
3. 资源读取和返回
局域网Web请求一般是通过ip+port的模式直接访问服务器端，所以第一个接收到的请求的url为‘/',这时我们需要将它映射到服务端定位的访问主页，目前设置为index.html，对于其它请求，url的值一般是'/xxx/xxx.js"， '/xxx/xxx.jpg"等，而在服务器中读取时我们需要定义绝对地址，所以还要在前面添加资源存储的根地址，目前将程序当前所在文件夹+html作为资源的根地址，而且操作系统存储的数据路径为\xxx\xxx.js，所以对于请求中url数据还要替换为'\\'（为了保证转义符能够转变为路径符，需要用'\\'表示实际的'\')，此外为了后续的http响应报文中返回正确的Content-Type字段，还有截取'.'后字段，来获取请求文件的类型。
//获得当前程序所在的文件夹
string url_str = System.AppDomain.CurrentDomain.SetupInformation.ApplicationBase;
if (string.Compare(head.url, "/") == 0)
{
//对于首个请求127.0.0.1:3000/ 返回index.html
url_str += "html\\index.html";
head.type = "html";
}
else
{
//其它请求 如/spring.js 替换为 ...\html\spring.js便于C#查询文件路径
url_str =url_str + "html\\" + head.url.Substring(1);
url_str = url_str.Replace('/', '\\');
int pos = url_str.IndexOf('.');
//获得当前请求的网页类型
head.type = url_str.Substring(pos + 1);
}
到此为止，完成了整个http解析的过程，包括http方法， url资源地址获得并转换为windows系统路径，协议版本获得三个部分。对于静态网页请求，后续就比较简单，查询系统路径下资源，通过文件流打开，并以字符流的形式放置在内存中，作为http响应报文的正文部分。
//以文件流的方式打开指定路径内文件
using (FileStream fs = new FileStream(url_str, FileMode.Open, FileAccess.Read))
{
//StreamReader temp = new StreamReader(fs, Encoding.Default);
int fslen = (int)fs.Length;
byte[] fbyte = new byte[fslen];
int r = fs.Read(fbyte, 0, fslen);
fs.Close();
//......
}
文件打开成功后，我们就要生成http响应报文了，http响应报文和请求报文相同，也由三部分构成。
状态码:主要为客户端提供一种理解事务处理结果的便捷方式。主要实现的有:
HTTP/1.1 200 OK 请求没有问题，实体的主体部分包含请求的资源
HTTP/1.1 400 Bad Request 通知客户端它发送了一个错误的请求
HTTP/1.1 401 Unauthorized 与适当的首部一同返回，通知客户端进行相应的认证
HTTP/1.1 404 No Found 说明服务器无法找到请求的URL
响应首部:为客户端提供额外的关于服务器的消息，本项目中实现比较简单：
Content-type:CurrentType\r\n
Server:C# Web\r\n
Content-Length:CurrentLength\r\n
Connection: close
其中Contenet-type需要根据我们上文获得的type类型来替换，这里阐述常见的替换规则。
Content-Length字段是http响应报文正文的长度，即我们获得资源的总长度(上文中fslen), 最后将状态码，响应首部和正文数据整合在一起通过socket发送到客户端，就实现了静态服务器的全部过程。
string HTTP_Current_Head = HTTPServer.HTTP_OK_Head.Replace("CurrentLength", Convert.ToString(fslen));
//根据不同url需要返回不同的首部类型 具体对比详见http://tool.oschina.net/commons
switch (head.type)
{
case "jpg":
HTTP_Current_Head = HTTP_Current_Head.Replace("CurrentType", "application/x-jpg");
break;
case "png":
HTTP_Current_Head = HTTP_Current_Head.Replace("CurrentType", "image/png");
break;
case "html":
HTTP_Current_Head = HTTP_Current_Head.Replace("CurrentType", "text/html");
break;
case "gif":
HTTP_Current_Head = HTTP_Current_Head.Replace("CurrentType", "image/gif");
break;
case "js":
HTTP_Current_Head = HTTP_Current_Head.Replace("CurrentType", "application/x-javascript");
break;
case "asp":
HTTP_Current_Head = HTTP_Current_Head.Replace("CurrentType", "text/asp");
break;
default:
HTTP_Current_Head = HTTP_Current_Head.Replace("CurrentType", "text/html");
break;
}
send_str = HTTPServer.HTTP_OK_Start + HTTP_Current_Head;
byte[] head_byte = new byte[send_str.Length];
head_byte = Encoding.UTF8.GetBytes(send_str);
//字符串流合并,生成发送文件
//之前采用的是byte[]->string, string合并， string->byte[]，这种方法读取图片乱码
//因此修改为，string合并， string->byte[], byte[]合并方式，读取图片成功
byte[] send_byte = new byte[send_str.Length + fbyte.Length];
Buffer.BlockCopy(head_byte, 0, send_byte, 0, head_byte.Length);
Buffer.BlockCopy(fbyte, 0, send_byte, head_byte.Length * sizeof(byte), fbyte.Length);
Console.WriteLine("File Send....");
return send_byte;
4. 服务器测试和代码下载
到现在为止，一个简单的静态web服务器就实现了，将希望访问的资源文件放入当前程序文件夹/html/下， 并将首页定义为index.html, 点开服务器程序，浏览器中输入http://127.0.0.1:3000, 就可以查看返回的网页。
具体程序参考:Web服务器下载
