基于LwIP的HTTP客戶端設(shè)計

前面我們實現(xiàn)了TCP服務(wù)器和客戶端的簡單應(yīng)用，接下來我們實現(xiàn)一個基于TCP協(xié)議的應(yīng)用協(xié)議，那就是HTTP超文本傳輸協(xié)議

1 、 HTTP****協(xié)議簡介

超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol），簡稱HTTP，是一種基于TCP的應(yīng)用層協(xié)議，也是目前為止最為流行的應(yīng)用層協(xié)議之一，可以說HTTP協(xié)議是萬維網(wǎng)的基石。

HTTP是一種客戶端請求、服務(wù)器應(yīng)答式的應(yīng)用層傳輸協(xié)議，也就是說服務(wù)器端是不可能主動向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)的。在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下請求和響應(yīng)都是一一對應(yīng)的。而這個請求和響應(yīng)也就是后端開發(fā)人員經(jīng)?？吹降腞equest和Response。

首先，我們來看客戶器端的請求，HTTP請求報文由請求行、請求頭、空白行以及請求體組成。其報文格式如下：

我們來說一說請求行，它由請求方法字段、URL字段和HTTP協(xié)議版本字段3個字段組成，它們用空格分隔。需要理解的是請求方法，HTTP協(xié)議的請求方法有GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE、CONNECT幾種。先對常用的幾種說明如下：

• GET****方法 ，意思是獲取URL指定的資源，這個請求方式是最簡單的也是最常用的。使用GET 方法時，可以將請求參數(shù)和對應(yīng)的值附加在 URI 后面，利用一個問號(“?”)將資源的URI和請求參數(shù)隔開，參數(shù)之間使用與符號(“&”)隔開，因此傳遞參數(shù)長度也受到了限制，而且與隱私相關(guān)的信息也直接暴露在URI中。比如/index.jsp?username=holmofy&password=123123
• HEAD****方法 ，與GET用法相同，但沒有響應(yīng)體，使用場合沒有GET多。比如下載前使用HEAD發(fā)送請求，通過ContentLength響應(yīng)字段，來了解網(wǎng)絡(luò)資源的大?。换蛘咄ㄟ^LastModified響應(yīng)字段來判斷本地緩存資源是否要更新。
• POST****方法 ，一般用提交信息或數(shù)據(jù)，請求服務(wù)器進(jìn)行處理（例如提交表單或者上傳文件）。表單使用POST相對GET來說還是比較隱秘的，而且GET的URL有長度限制，而上傳大文件就必須要使用POST了。
• OPTIONS****方法 ，該方法用于請求服務(wù)器告知其支持哪些其他的功能和方法。通過OPTIONS 方法，可以詢問服務(wù)器具體支持哪些方法，或者服務(wù)器會使用什么樣的方法來處理一些特殊資源?？梢哉f這是一個探測性的方法，客戶端通過該方法可以在不訪問服務(wù)器上實際資源的情況下就知道處理該資源的最優(yōu)方式。這個選項在跨域HTTP請求的情況出現(xiàn)的比較多，這里有一片關(guān)于跨域請求的文章，其中有一張圖很好的解釋了什么是跨域HTTP請求。

客戶端發(fā)出HTTP請求，服務(wù)端接收后，會向客戶端發(fā)送響應(yīng)信息。所以接下來，我們來看看服務(wù)器端的響應(yīng)報文。HTTP響應(yīng)報文由響應(yīng)行、響應(yīng)頭、空白行以及響應(yīng)體組成。其報文格式如下：

在響應(yīng)報文中，非常重要的就是響應(yīng)行，其中響應(yīng)行中最重要的就是HTTP的狀態(tài)碼。HTTP協(xié)議中狀態(tài)碼有三位數(shù)字組成，第一位數(shù)字定義了響應(yīng)的類別，有以下五種：

• 1XX ：信息提示。表示請求已被服務(wù)器接受，但需要繼續(xù)處理，范圍為100~101。
• 2XX ：請求成功。服務(wù)器成功處理了請求。范圍為200~206。
• 3XX ：客戶端重定向。重定向狀態(tài)碼用于告訴客戶端瀏覽器，它們訪問的資源已被移動，并告訴客戶端新的資源位置。客戶端收到重定向會重新對新資源發(fā)起請求。范圍為300~305。
• 4XX ：客戶端信息錯誤?？蛻舳丝赡馨l(fā)送了服務(wù)器無法處理的東西，比如請求的格式錯誤，或者請求了一個不存在的資源。范圍為400~415。
• 5XX ：服務(wù)器出錯?？蛻舳税l(fā)送了有效的請求，但是服務(wù)器自身出現(xiàn)錯誤，比如Web程序運(yùn)行出錯。范圍是500~505。

我們開發(fā)過程有一些狀態(tài)碼比較常見，我們對其簡單說明如下：

2 、 HTTP****客戶端設(shè)計

我們已經(jīng)說過了，HTTP協(xié)議是基于TCP運(yùn)行的，那么佷顯然我們要實現(xiàn)一個HTTP客戶端其本質(zhì)上首先是要實現(xiàn)一個TCP客戶端。

在實現(xiàn)TCP客戶端的基礎(chǔ)上，我們要讓這個客戶端能夠?qū)崿F(xiàn)HTTP協(xié)議的基本操作。所以我們需要為客戶端構(gòu)造請求報文。關(guān)于請求報文的格式前面已經(jīng)介紹過了，我們根據(jù)這個格式來構(gòu)造，因為我們只是簡單的一個HTTP客戶端測試，所以我們采用GET方法。我們構(gòu)造報文如下：

"GET https://www.cnblogs.com/foxclever/ HTTP/1.1\\r\\n"

"Host:www.cnblogs.com:80\\r\\n\\r\\n";

對于HTTP協(xié)議具有專門的端口號，所以我們采用這個制定的端口號來實現(xiàn)。而實現(xiàn)的流程與一般TCP客戶端是一樣的。

3 、 HTTP****客戶端實現(xiàn)

經(jīng)過上述的分析以及我們前面實現(xiàn)TCP客戶端的經(jīng)驗，實現(xiàn)HTTP客戶端已經(jīng)沒有問題。與TCP客戶端一般，我們將HTTP客戶端分成4個函數(shù)來實現(xiàn)。首先依然是實現(xiàn)HTTP客戶端的初始化：

1 /* HTTP客戶端初始化配置*/
 2  void Http_Client_Initialization(void)
 3 {
 4   struct tcp_pcb *tcp_client_pcb;
 5   ip_addr_t ipaddr;
 6  
 7   /* 將目標(biāo)服務(wù)器的IP寫入一個結(jié)構(gòu)體，為pc機(jī)本地連接IP地址 */
 8 IP4_ADDR(&ipaddr,httpServerIP[0],httpServerIP[1],httpServerIP[2],httpServerIP[3]);
 9  
10   /* 為tcp客戶端分配一個tcp_pcb結(jié)構(gòu)體    */
11   tcp_client_pcb = tcp_new();
12  
13   /* 綁定本地端號和IP地址 */
14   tcp_bind(tcp_client_pcb, IP_ADDR_ANY, TCP_HTTP_CLIENT_PORT);
15  
16   if (tcp_client_pcb != NULL)
17   {
18     /* 與目標(biāo)服務(wù)器進(jìn)行連接，參數(shù)包括了目標(biāo)端口和目標(biāo)IP */
19     tcp_connect(tcp_client_pcb, &ipaddr, TCP_HTTP_SERVER_PORT, HTTPClientConnected);
20    
21     tcp_err(tcp_client_pcb, HTTPClientConnectError);
22   }
23 }

我們很容易發(fā)現(xiàn)，上述初始化的代碼其實就是TCP客戶端的初始化代碼，除了所使用的端口不一樣外，其它都一樣。也是在初始化代碼中實現(xiàn)了兩個函數(shù)的注冊：一是使用tcp_connect注冊連接完成的處理回調(diào)函數(shù)；二是使用tcp_err注冊了連接錯誤處理回調(diào)函數(shù)。很明顯接下來我們需要實現(xiàn)這兩個函數(shù)。

連接到服務(wù)器成功后的回調(diào)函數(shù)是tcp_connected_fn類型。在客戶端建立一個連接后，內(nèi)核會調(diào)用這個函數(shù)。在這個函數(shù)中，客戶端回想服務(wù)器發(fā)送最初的操作請求，并且會在這個函數(shù)中注冊數(shù)據(jù)接收處理回調(diào)函數(shù)。

1 /* HTTP客戶端連接到服務(wù)器回調(diào)函數(shù) */
 2 static err_t HTTPClientConnected(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, err_t err)
 3 {
 4   char clientString[]="GET https://www.cnblogs.com/foxclever/ HTTP/1.1\\r\\n"
 5 
 6                   "Host:www.cnblogs.com:80\\r\\n\\r\\n";
 7  
 8   /* 配置接收回調(diào)函數(shù) */
 9   tcp_recv(pcb, HTTPClientCallback);
10  
11   /* 發(fā)送一個建立連接的問候字符串*/
12   tcp_write(pcb,clientString, strlen(clientString),0);
13  
14   return ERR_OK;
15 }

這個代碼也是與普通TCP客戶端一樣，只是為了應(yīng)用于HTTP協(xié)議，我們發(fā)送的請求字符串需要按照HTTP的格式來設(shè)定。對HTTP客戶端連接服務(wù)器錯誤回調(diào)函數(shù)，它是tcp_err_fn類型，在這個程序中主要完成連接異常結(jié)束時的一些處理，可以釋放一些必要的資源。在這個函數(shù)被內(nèi)核調(diào)用時，連接實際上已經(jīng)斷開，相關(guān)控制塊也已經(jīng)被刪除。所以在這個函數(shù)中我們可以重新初始化連接及其資源。在這里我們就是使用它來重新初始化TCP客戶端。

1 /* HTTP客戶端連接服務(wù)器錯誤回調(diào)函數(shù) */
2 static void HTTPClientConnectError(void *arg, err_t err)
3 {
4   /* 重新啟動連接 */
5   Http_Client_Initialization();
6 }

最后我們需要實現(xiàn)的是HTTP客戶端接收到數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)處理回調(diào)函數(shù)。這個函數(shù)其實就是我們前面連接成功時，注冊過的HTTP客戶端數(shù)據(jù)接收處理函數(shù)。這個函數(shù)是tcp_recv_fn類型。這是使用RAW API實現(xiàn)HTTP客戶端功能最重要的一個函數(shù)，因為它決定HTTP客戶端的具體功能。

1 /* HTTP客戶端接收到數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)處理回調(diào)函數(shù) */
 2 static err_t HTTPClientCallback(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, struct pbuf *tcp_recv_pbuf, err_t err)
 3 {
 4   struct pbuf *tcp_send_pbuf;
 5   char echoString[]="GET https://www.cnblogs.com/foxclever/ HTTP/1.1\\r\\n"
 6 
 7                  "Host:www.cnblogs.com:80\\r\\n\\r\\n";
 8  
 9   if (tcp_recv_pbuf != NULL)
10   {
11     /* 更新接收窗口 */
12     tcp_recved(pcb, tcp_recv_pbuf->tot_len);
13  
14     /* 將接收到的服務(wù)器內(nèi)容回顯*/
15     tcp_write(pcb,echoString, strlen(echoString), 1);
16     tcp_send_pbuf = tcp_recv_pbuf;
17     tcp_write(pcb, tcp_send_pbuf->payload, tcp_send_pbuf->len, 1);
18  
19     pbuf_free(tcp_recv_pbuf);
20   }
21   else if (err == ERR_OK)
22   {
23     tcp_close(pcb);
24     Http_Client_Initialization();
25  
26     return ERR_OK;
27   }
28  
29   return ERR_OK;
30 }

同樣，這段代碼也是除了要按HTTP協(xié)議構(gòu)造響應(yīng)信息外，其他部分與普通TCP客戶端類似。

4 、結(jié)論

與前一篇實現(xiàn)HTTP服務(wù)器是基于TCP服務(wù)器實現(xiàn)的一樣，這里我們實現(xiàn)HTTP客戶端是基于TCP客戶端來實現(xiàn)的。在我們前面已經(jīng)實現(xiàn)TCP客戶端的情況下，開發(fā)HTTP客戶端應(yīng)用就顯得簡單了。在這一篇我們基于LwIP實現(xiàn)了一個簡單的HTTP客戶端應(yīng)用，我們并對其進(jìn)行了簡單的測試。再歷程中我們只是實現(xiàn)了GET方法，但經(jīng)測試設(shè)計是正確的。如果需要設(shè)計其他方法的HTTP應(yīng)用只需在此基礎(chǔ)上添加即可。