【文章內(nèi)容簡介】 務(wù)器被設(shè)計用來處理成千上萬個用戶對普通網(wǎng)站的同時并發(fā)訪問。它可以有強有力的數(shù)據(jù)庫作為后盾來開展內(nèi)容繁多的商業(yè)服務(wù)，但是由于嵌入式設(shè)備的處理器能力和有限的存儲容量，這樣的服務(wù)器并不能用來在嵌入式設(shè)備上面運行。對于一般的管理信息系統(tǒng)或中小型應(yīng)用系統(tǒng)，所需的Web服務(wù)功能比較簡單，如果仍然采用大型的通用Web服務(wù)器，無疑是一種資源的浪費。解決方法是使用功能相對簡單、體積更小、消耗資源更少的簡單Web服務(wù)器，于是嵌入式Web服務(wù)器就應(yīng)運而生了。WWW(World Wide Web)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用得益于其提供的大量服務(wù)，這些服務(wù)為人們的信息交流帶來了極大的便利。環(huán)球信息網(wǎng)是一個基于超文本方式的信息查詢方式。它提供了一個友好的界面，大大方便了人們對信息的瀏覽。而嵌入式系統(tǒng)鏈接入互聯(lián)網(wǎng)也是大勢所趨。 嵌入式Internet技術(shù)的應(yīng)用前景嵌入式Internet技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：智能公路交通管理、車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)；植物工廠特種植物工場，如實現(xiàn)野生名貴藥材的遠程監(jiān)控培養(yǎng)和種植，無土栽培技術(shù)應(yīng)用，智能種子工程等；虛擬現(xiàn)實(VR)機器人交通警察、門衛(wèi)、家用機器人等；信息家電冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化；工業(yè)制冷冷庫、中央空調(diào)、超級市場冰柜；VR庫房糧庫、油庫、食品庫等；VR家政系統(tǒng)水、電、煤氣表的自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)；VR精品店客戶可以在Internet上實時地看到存貨狀況；工業(yè)自動化目前已經(jīng)有大量的132位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源的主要途徑，如制藥工業(yè)過程控制、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)；POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)公共交通無接觸智能卡(ContactlessSmartcard，CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機；環(huán)境工程與自然水文資料實時監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測[8]。嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)的協(xié)議要根據(jù)系統(tǒng)自身的特點及功能來設(shè)計自己的協(xié)議族，因此，在嵌入式Web服務(wù)器中并非TCP/IP協(xié)議族中所有的協(xié)議都要實現(xiàn)，必須針對不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對協(xié)議棧進行刪減，保留其基本功能，以滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要?？紤]到嵌入式Web服務(wù)器的硬件處理速度慢并且存儲容量相對較小的條件限制，在TCP/IP協(xié)議棧中主要能夠?qū)崿F(xiàn)ARP,IP,ICMP,TCP協(xié)議即可。具體分析如下：以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸是采用MAC地址來識別的，而ARP協(xié)議提供IP地址和數(shù)據(jù)鏈路層使用的MAC地址之間的轉(zhuǎn)換功能，為了保證系統(tǒng)在以太網(wǎng)的通信，首先要實現(xiàn)ARP協(xié)議；由于嵌入式Web服務(wù)器要能在Internet上通信，在網(wǎng)絡(luò)層一定要實現(xiàn)IP協(xié)議，還要實現(xiàn)能報告數(shù)據(jù)傳送差錯等情況的ICMP協(xié)議；同時，Web服務(wù)器同Web瀏覽器之間的通信是通過HTTP協(xié)議進行的，在傳輸層采用TCP協(xié)議，能保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，進而實現(xiàn)其基礎(chǔ)之上的HTTP協(xié)議。 ARP協(xié)議實現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器中ARP協(xié)議主要功能是進行IP地址與以太網(wǎng)地址之間的轉(zhuǎn)換，當系統(tǒng)收到發(fā)送數(shù)據(jù)請求時，協(xié)議棧就需要返回IP數(shù)據(jù)報，所有的 IP數(shù)據(jù)報都要進一步封裝成以太網(wǎng)幀才能發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)控制器，而所加的以太網(wǎng)首部中就包含了由ARP協(xié)議解析目的IP地址所得來的對應(yīng)的物理地址。首先ARP程序檢測以太網(wǎng)幀的類型字段以判斷其協(xié)議類型。以太網(wǎng)標準規(guī)定，當一個以太網(wǎng)幀攜帶一個ARP消息時，類型字段必須包含十六進制值0806。接著，檢測消息中的操作字段以確認是一個請求消息還是一個應(yīng)答消息。若是一個請求消息，ARP程序比較目標IP地址與自己的IP地址，如果一樣，則要回發(fā)一個應(yīng)答消息。對接收到的來自遠程主機的任何試圖解析Web服務(wù)器地址的ARP請求，Web服務(wù)器都會做出回應(yīng)。當Web服務(wù)器向客戶機發(fā)送一個ARP消息時，此消息是嵌入一個以太網(wǎng)幀中廣播給網(wǎng)上的所有計算機，每臺計算機收到這個請求后都會檢測其中的IP地址。與該IP地址匹配的計算機發(fā)送一個應(yīng)答，這個應(yīng)答消息被放進一個幀中直接發(fā)回給Web服務(wù)器，而其他的計算機則會丟棄收到的請求，不發(fā)任何應(yīng)答。這種方式雖然對網(wǎng)絡(luò)造成一定的壓力，但節(jié)省嵌入式設(shè)備的寶貴資源。在等待應(yīng)答的時間里，ARP將到達的TCP包丟棄，一旦收到應(yīng)答，ARP高速緩存就用目的以太網(wǎng)地址更新，然后等待分組就用高速緩存中的目的以太網(wǎng)地址更新，分組就被發(fā)送了。 IP協(xié)議實現(xiàn)IP協(xié)議主要功能是用于主機之間發(fā)送數(shù)據(jù)報的傳輸，實現(xiàn)比較復(fù)雜，但對于Web服務(wù)器來說，只需完成IP協(xié)議兩項最基本的功能：第一，處理接收到的IP數(shù)據(jù)報，向上層網(wǎng)絡(luò)提交。第二，負責對TCP報文、ICMP報文進行封裝，交給數(shù)據(jù)鏈路層進行裝幀。當Web服務(wù)器收到發(fā)給自己的數(shù)據(jù)幀后，需要對以太網(wǎng)首部中的幀類型字段進行判斷，如果該字段為0x0800，說明后面的數(shù)據(jù)是IP數(shù)據(jù)報，將此數(shù)據(jù)提交IP層處理。IP協(xié)議判斷此數(shù)據(jù)報的IP頭部中目的IP地址字段與本地IP地址是否一致，若不一致，則丟棄該數(shù)據(jù)報；若一致，進行IP頭部校驗和檢查，當證明數(shù)據(jù)在傳輸中沒有出現(xiàn)錯誤時，去掉IP頭部，將IP數(shù)據(jù)提交上層處理，即根據(jù)IP首部中的協(xié)議字段決定交給ICMP 協(xié)議還是TCP協(xié)議處理。在程序運行時，當所接收的數(shù)據(jù)被判定為IP數(shù)據(jù)報后，IP處理程序?qū)栏癜凑找陨系倪^程接收處理數(shù)據(jù)并進行處理。IP協(xié)議還要查詢是否有上層數(shù)據(jù)要發(fā)送，如果有數(shù)據(jù)發(fā)送，則將上層數(shù)據(jù)進行IP封裝，交給數(shù)據(jù)鏈路層裝幀發(fā)送。..4ICMP協(xié)議實現(xiàn)ICMP提供了一種讓互聯(lián)網(wǎng)中的路由報告錯誤或提供有關(guān)意外情況信息的報文機制。它不是獨立的，是IP的一部分，在每個IP實現(xiàn)中必須有它。雖然它提供的信息十分豐富，但在嵌入式Web服務(wù)器應(yīng)用中，只要實現(xiàn)回送請求（echo request）和回送應(yīng)答(echo reply)就足夠了。TCP是嵌入式Web服務(wù)器的核心。在設(shè)計嵌入式Web服務(wù)器時，系統(tǒng)應(yīng)用層只需支持HTTP協(xié)議。嵌入式系統(tǒng)把要傳送的數(shù)據(jù)，參數(shù)等存入網(wǎng)頁的相關(guān)位置。對于任何TCP連接，每次只需支持HTTP協(xié)議發(fā)送網(wǎng)頁服務(wù)。在單片機這樣的系統(tǒng)中，資源十分有限，因此要精簡TCP 協(xié)議，簡化的原則有兩個：第一，不能改變其面向連接的特性；第二，簡化必須能配合其所采用的應(yīng)用層協(xié)議。作為嵌入式Web服務(wù)器，TCP連接時只需處于被動服務(wù)的狀態(tài)，所以將標準的TCP有限狀態(tài)機的主動創(chuàng)建連接的SYNSENT狀態(tài)，主動關(guān)閉連接的FINWAIT1,FINWAIT2,CLOSING,TIMEWAIT狀態(tài)都省去，在設(shè)計中，還可以舍棄CLOSED狀態(tài)，讓它開始就處于LISTEN狀態(tài)來監(jiān)聽客戶端的連接請求。這樣，TCP的三次握手機制中，建立連接的過程時，嵌入式系統(tǒng)作為監(jiān)聽狀態(tài)的服務(wù)器，始終為被動方，相當于被動打開后的LISTEN狀態(tài)，等待對方發(fā)起連接。當它接收到SYN數(shù)據(jù)片，它發(fā)出SYN+ACK數(shù)據(jù)片并確認它己經(jīng)收到對方的SYN，此時變?yōu)镾YN_RECEIVED狀態(tài)。再接收到對方返回的一個僅含ACK的空數(shù)據(jù)片，則三次握手完成，進入ESTABLISHED狀態(tài)，之后可以進行TCP數(shù)據(jù)通訊。這樣，既節(jié)省了系統(tǒng)開銷，同時也保證了所有的數(shù)據(jù)段都能安全正確地到達目的端。 協(xié)議標準現(xiàn)在直接采用的標準為TCP/IP協(xié)議棧，包括TCP、IP、ICMP、RARP等，這些標準的協(xié)議對嵌入式Internet系統(tǒng)的大量使用有著很重要的意義。但是，這些協(xié)議的實現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中有著特別的要求，如圖形和數(shù)據(jù)的顯示、實時分布式對象計算等。所以研究嵌入式TCP/IP協(xié)議棧以滿足嵌入式系統(tǒng)的性能要求是很重要的，我們應(yīng)該盡量減小TCP/IP協(xié)議棧而又不失一般的標準性?，F(xiàn)在國外對此已經(jīng)有很多的相關(guān)研究，如國外的μC/IP項目的研究，它是一個為微控制器和嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的小型TCP/IP協(xié)議棧：又例如CMX公司的MicroNet TCP/IP，它是為8位或16位微處理器而設(shè)計的，支持大部分的標準協(xié)議，連接方式有以太網(wǎng)連接、拔號連接和直接連接方式。嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的核心是HTTP引擎。HTTP協(xié)議是WEB應(yīng)用的標準協(xié)議，性能有很大改變，增加了緩存功能，同志就是TCP連接形式的改變。HTTP10在每次HTTP請求中都需要TCP連接。一個典型的頁面可能含有許多單獨的HTT請求，如基本頁面請求、每個HTML框架請求、每個圖形請求等。建立每個請求并且產(chǎn)生每TCP連接需要占用大量的CPU和內(nèi)存資源：，這樣就大大提高網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的性能。所以，在嵌入式Web服務(wù)器中為了得到一個穩(wěn)定的用戶界面而又不影響嵌入式系統(tǒng)的CPU和內(nèi)存資源。 超文本傳輸協(xié)議（HTTP） HTTP協(xié)議簡介HTTP協(xié)議即超文本傳送協(xié)議(HypertextTransferProtoeol)是用來構(gòu)建分布式信息系統(tǒng)的，建立在TCP/IP協(xié)議之上的應(yīng)用層協(xié)議。HTTP協(xié)議是一種用于網(wǎng)絡(luò)通信的標準應(yīng)用層協(xié)議。它是使用在Web服務(wù)器和客戶端直接傳送數(shù)據(jù)的一種協(xié)議。HTTP協(xié)議是基于請求/回應(yīng)機制的。HTTP協(xié)議具有支持客戶/服務(wù)器模式，簡單快速的特點，而且具有無連接、無狀態(tài)、元信息的特點。HTTP協(xié)議它指定了客戶和服務(wù)器如何建立連接、客戶如何從服務(wù)器上請求數(shù)據(jù)、服務(wù)器如何響應(yīng)以及如何關(guān)閉連接?？蛻舳伺c服務(wù)器端建立連接后，以請求方法、URL、協(xié)議版本等方式向服務(wù)器端發(fā)出請求，該請求可跟隨包含請求修飾符、客戶信息、及可能的請求體(body)內(nèi)容的MIME類型消息。服務(wù)器端通過狀態(tài)行(Status1ine)來回應(yīng)，內(nèi)容包括消息的協(xié)議版本、成功或錯誤代碼，也跟隨著包含服務(wù)器信息、實體元信息及實體內(nèi)容的MIME類型消息。HTTP協(xié)議最初的原型是在1990年的Internet上出現(xiàn)的。最初只是在實驗室應(yīng)用，用于提供一種新型的信息組織方法，便于將信息組織成為Web文檔，這種就是所謂的超文本鏈接。當這種方法被公開應(yīng)用到Internet上之后，得到了廣泛的應(yīng)用，事實證明HTTP協(xié)議比以前的任何一種協(xié)議都能將信息很好地組織起來，可方便、直接地從Internet檢索和獲取所需的信息。與其他流行的Internet協(xié)議一樣，HTTP協(xié)議的發(fā)展也經(jīng)歷了一個不斷完善的，功能不斷增加的過程。從HTTP協(xié)議出現(xiàn)到制定相應(yīng)的面，:請求周期、消息、請求、響應(yīng)、訪問認證、URL編碼等6部分內(nèi)容。當用戶要瀏覽服務(wù)器上的一個網(wǎng)頁時，一個HTTP請求就會從用戶的瀏覽器發(fā)到HTTP服務(wù)器。服務(wù)器響應(yīng)這個請求，指定的網(wǎng)頁傳送回來，用戶才看到了網(wǎng)頁。HTTP協(xié)議被設(shè)計成適應(yīng)快速、小流量，比其他協(xié)議花費服務(wù)器的CPU或內(nèi)存資源小的協(xié)議。HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）協(xié)議是一套計算機通過網(wǎng)絡(luò)進行通信的規(guī)則。計算機專家設(shè)計出HTTP，使HTTP客戶（如Web瀏覽器）能夠從HTTP服務(wù)器（Web服務(wù)器）請求信息和服務(wù)。HTTP是一種無狀態(tài)的協(xié)議，無狀態(tài)是指Web瀏覽器和Web服務(wù)器之間不需要建立持久的連接，這意味著當一個客戶端向服務(wù)器端發(fā)出請求，然后Web服務(wù)器返回響應(yīng)(Responses)，連接就被關(guān)閉了，在服務(wù)器端不保留連接的有關(guān)信息。HTTP遵循請求(Request)/應(yīng)答(Response)模型。Web瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送請求，Web服務(wù)器處理請求并返回適當?shù)膽?yīng)答。所有HTTP連接都被構(gòu)造成一套請求和應(yīng)答[9]。HTTP使用內(nèi)容類型，是指Web服務(wù)器向Web瀏覽器返回的文件都有與之相關(guān)的類型。所有這些類型在MIME Internet郵件協(xié)議上模型化，即Web服務(wù)器告訴Web瀏覽器該文件所具有的種類，是HTML文檔、GIF格式圖像、聲音文件還是獨立的應(yīng)用程序。大多數(shù)Web瀏覽器都擁有一系列的可配置的輔助應(yīng)用程序，它們告訴瀏覽器應(yīng)該如何處理Web服務(wù)器發(fā)送過來的各種內(nèi)容類型。我們在瀏覽器的地址欄里輸入的網(wǎng)站地址叫做URL(Uniform Resource Locator，統(tǒng)一資源定位符)。就像每家每戶都有一個門牌地址一樣，每個網(wǎng)頁也都有一個Internet地址。當你在瀏覽器的地址框中輸入一個URL或是單擊一個超級鏈接時，URL就確定了要瀏覽的地址。瀏覽器通過超文本傳輸協(xié)議(HTTP)，將Web服務(wù)器上站點的網(wǎng)頁代碼提取出來，并翻譯成漂亮的網(wǎng)頁。因此，在我們認識HTTP之前，有必要先弄清楚URL的組成，例如： 。它的含義如下：://：代表超文本傳輸協(xié)議，通常不用輸入；：代表一個Web(萬維網(wǎng))服務(wù)器；：這是裝有網(wǎng)頁的服務(wù)器的域名，或站點服務(wù)器的名稱；China/：為該服務(wù)器上的子目錄，就好像我們的文件夾；：（網(wǎng)頁）。我們知道，Internet的基本協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，然而在TCP/IP模型最上層的是應(yīng)用層(Application layer)，它包含所有高層的協(xié)議。高層協(xié)議有：文件傳輸協(xié)議FTP電子郵件傳輸協(xié)議SMTP、域名系統(tǒng)服務(wù)DNS、網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議NNTP和HTTP協(xié)議等。HTTP協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）是用于從WWW服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協(xié)議。它可以使瀏覽器更加高效，使網(wǎng)絡(luò)傳輸減少。它不僅保證計算機正確快速地傳輸超文本文檔，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內(nèi)容首先顯示(如文本先于圖形)等。這就是你為什么在瀏覽器中看到的網(wǎng)頁地址都是以“://”開頭的原因。自WWW誕生以來，一個多姿多彩的資訊和虛擬的世界便出現(xiàn)在我們眼前，可是我們怎么能夠更加容易地找到我們需要的資訊呢？當決定使用超文本作為WWW文檔的標準格式后，于是在1990年，科學(xué)家們立即制定了能夠快速查找這些超文本文檔的協(xié)議，即HTTP協(xié)議。經(jīng)過幾年的使用與發(fā)展，得到不斷的完善和擴展，目前在WWW中使用最廣泛的是HTTP/。 HTTP協(xié)議工作過程由于HTTP協(xié)議是基于請求/響應(yīng)范式的(相當于客戶機/服務(wù)器)。一個客戶機與服務(wù)器建立連接后，發(fā)送一