嵌入式web技术因其跨平台的特点得到了广泛的应用[1]。用户只需要登录浏览器即可实现对嵌入式设备状态的查看与控制。随着物联网技术的发展，网络地址的需求量剧增，未来ipv6将在嵌入式领域发挥巨大的作用[2]。然而，目前ipv4技术还无法完全被新的ipv6技术所取代，这使得现有的应用程序必须同时兼容ipv4地址与ipv6地址。如何在嵌入式web服务器中同时使用ipv4地址和ipv6地址则成为了嵌入式领域中的一个重要问题[3]。本文从实际应用出发，设计了一个能够同时支持ipv4与ipv6双协议栈的嵌入式web服务器。
基本原理
嵌入式web服务器的基本原理是：用户在浏览器中输入嵌入式设备的ip地址，随后浏览器向嵌入式web服务器发出http请求，嵌入式web服务器针对该请求作出http响应，最后浏览器对响应的内容进行解析，以网页的形式呈现给用户。嵌入式web服务器原理如图1所示。
http请求和响应的报文是通过网络进行传输的。浏览器向web服务器请求网页数据的具体流程如图2所示[4]。
浏览器和web服务器之间是通过tcp协议进行通信的，tcp协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。web服务器监听特定的网络端口，当浏览器向web服务器发出请求时，两者之间通过tcp协议建立连接，然后传输http请求报文和http响应报文。web服务器实际上也是一个tcp服务器，典型的tcp服务器的架构如图3所示。
针对现代农业物联网技术的应用需求，为了使系统中的嵌入式web服务器在支持ipv4地址访问的基础上，还能支持ipv6地址的访问，本文按照图3所示的典型tcp服务器架构设计了一个同时支持ipv4地址与ipv6地址访问请求的嵌入式web服务器，具体实现过程如下。
设计实现
为了进行浏览器与web服务器之间的通信，首先就要建立网络连接，采用的方式为socket通信。socket又称为套接字，应用程序通常情况下通过套接字向网络发出请求或者应答网络请求[5]。web服务器需要为每一个与其连接的客户端分配一个socket套接字，作为相互通信的基础。传统的ipv4网络服务器建立socket描述符的代码如下所示：
structsockaddr_inserver_addr；/*服务器端ip地址*/
structsockaddr_inclient_addr；/*客户端ip地址*/
sockfd=socket（af_inet，sock_stream，0）；
bzero（&server_addr，sizeof（structsockaddr_in））；
server_addr.sin_family=af_inet；
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl（inaddr_any）；
server_addr.sin_port=htons（80）；
上述代码中，第一行和第二行分别定义了服务器和客户端的套接字地址变量。第三行代码的作用为服务器端建立socket描述符，af_inet表明服务器使用的是ipv4协议族，而sock_stream表明使用的是tcp协议。第四行代码是为了清空sockaddr_in结构体变量，为填充内容做好准备。第五行是为sockaddr_in结构体变量填入ipv4协议族。第六行填入inaddr_any表明该服务器可以接收任意ip地址的数据，即绑定到所有的ip地址。第七行是为sockaddr_in结构体变量填入80端口号，80端口号为web服务器中的htto专用的端口号。
参照ipv4服务器建立socket描述符的过程，为了实现对ipv6地址的支持，对上述代码进行如下修改：
structsockaddr_in6server_addr；/*服务器端ip地址*/
structsockaddr_in6client_addr；/*客户端ip地址*/
server_socket=socket（pf_inet6，sock_stream，0））；
bzero（&server_addr，sizeof（structsockaddr_in6））；
server_addr.sin6_family=pf_inet6；
server_addr.sin6_addr=in6addr_any；
server_addr.sin6_port=htons（8080）；
新的web服务器代码将sockaddr_in结构体更改为sockaddr_in6结构体，而sockaddr_in6结构体的成员如下所示：
structsockaddr_in6{
sa_family_tsin6_family；
in_port_tsin6_port；
structin6_addrsin6_addr；
……
}；
成员sin6_family表明所使用的地址协议族，pf_inet6表明使用的是ipv6协议族；sin6_addr为web服务器监听的ip地址，将其设为in6addr_any是要接收任意ip地址发送的数据，即“inaddr_any”的ipv6版本；成员sin6_port则表明了web服务器所使用的端口，使用8080端口而
不是80端口的原因是为了防止与嵌入式linux设备上现有的web服务器相冲突。用ipv6建立服务器端的话，即使客户端仍用ipv4的socket连接也可以正常通信，ipv4的地址会被转换成这种地址“：：ffff：ipv4地址”，即ipv4映射地址。
图4给出了浏览器向web服务器发送的http请求报文的格式，其中，url是用户所需的资源。例如，当用户在浏览器地址栏输入“192.168.1.1：8080/index.html”时，http请求报文的请求行为“get/index.htmlhttp/1.1”。从该行中即可得到用户所需的资源信息。设计的get_user_url（unsignedchar*url，unsignedchar*request）函数则可以获得浏览器所需的url。随后，将根据该url搜索相应的资源，并为组合http响应报文做好准备。
web服务器的主要工作就是组合http响应报文，然后将其发送给请求网页的浏览器。http响应报文的格式如图5所示。
http请求报文和响应报文的头部字段主要有content-length、content-type等。为了实现http响应报文的组合，本文设计了函数response_by_source（unsignedchar*source，intclient_socket）。该函数首先将构造http响应头部，然后和http响应报文的内容即用户请求的资源进行组合。函数代码如下所示：
strcpy（response_buf，“http/1.0200ok\r\n”）；
get_mime_type（mime_type，source）；
strcat（response_buf，mime_type）；
sprintf（response_tmp，“content-length：%ld\r\n”，file_size）；
strcat（response_buf，response_tmp）；
strcat（response_buf，“\r\n”）；
第1行的作用为构造http响应报文的状态行，向请求的服务器回应“http/1.0200ok”，表明请求已成功，请求的响应头或数据体将随此响应返回。第2、3行的作用是为了构造头部字段content-type，函数get_mime_type（mime_type，source）的主要作用就是通过用户请求的url得出请求资源的类型。第4行关键字content-length指的是用户请求的资源大小。第5行的作用是把http响应报文头部内容填入数据发送缓冲区中，web服务器将会把数据发送缓冲区中的内容发送至浏览器。第6行为数据发送缓冲区中的内容添加一个空行，因为http响应报文的头部与内容要用一个换行符隔开。
报文头部content-type表明了http响应报文的内容类型，浏览器将根据内容的类型来进行相应的处理。get_mime_type（unsignedchar*mime_type，unsignedchar*source）的代码如下所示：
/*功能：根据客户端的请求确定应答的mime类型*/
voidget_mime_type（unsignedchar*mime_type，unsignedchar*source）
{
unsignedchar*pchar=null；/*字符指针*/
unsignedchartype[20]={0}；/*存放source字符串中的type信息*/
pchar=strrchr（source，‘.’）；/*寻找source中最后一个‘.’号
*/
strcpy（type，pchar）；
if（strncmp（type，“.html”，strlen（type））==0）
{
strcpy（mime_type，“content-type：text/html\r\n”）；
}
elseif（strncmp（type，“.jpg”，strlen（type））==0）
{
strcpy（mime_type，“content-type：image/jpeg\r\n”）；
}
elseif（strncmp（type，“.png”，strlen（type））==0）
{
strcpy（mime_type，“content-type：image/png\r\n”）；
}
return；
}
上述代码目前可以对html、jpg和png
格式的文件进行处理。如果需要对其他类型的文件进行处理，可以再进行适当修改。
content-length为http响应报文中内容的长度，可以用如下代码进行计算：
fseek（fp，0l，seek_end）；
file_size=ftell（fp）；
fseek（fp，0l，seek_set）；
计算响应报文内容长度的原理是将文件指针移到文件尾，然后计算出文件尾距离文件头的距离，即是文件的大小；计算结束后还原文件指针的位置。
在对http响应报文的头部构造完成后，可以先将其进行发送，发送代码如下所示：
write（client_socket，response_buf，http_header_len）；
这样就可以把http响应报文的头部发送给浏览器。接下来，就要对报文的内容进行发送。发送报文内容部分的代码对发送大文件进行了特殊的处理，首先从文件中读取一定数量的内容，然后将其发送至浏览器。循环往复，直到读到文件尾为止，最后对文件进行关闭操作。代码如下所示：
do{
unsignedinti=0；/*用于计数的变量*/
/*从文件中读取20000个数据项，每个数据项的大小为1个字
节，即读取20000字节的内容，返回实际读到的字节数*/
read_count=fread（response_content_buf，1，20000，fp）；
for（i=0；i
{
response_buf[i]=response_content_buf[i]；
}
/*分批发送http应答报文中的内容*/
if（write（client_socket，response_buf，read_count）==-1）
{
fprintf（stderr，“writeerror：%s\n”，strerror（errno））；
exit（1）；
}
memset（response_buf，0，sizeof（response_buf））；
memset（response_content_buf，0，sizeof（response_content_buf））；
}while（read_count！=0）；fclose（fp）；
为了能对多个浏览器同时进行服务，该web服务器还增加了多线程的机制。每当一个浏览器与之建立连接时，web服务器会产生一个线程为其进行服务，确保了服务的实时性。多线程的代码如下所示：
pthread_ta_thread；
void*thread_result=null；
pthread_create（&a_thread，null，server_thread，（void
*）&client_socket）；/*创建服务器线程*/
整个web服务器处理的流程如图6所示。
系统测试
在嵌入式linux平台下，输入命令“ifconfig”，即可得到当前设备的ip地址，如图7所示。由图可见，该设备的ipv4地址为“192.168.1.106”，ipv6地址则为“fe80：：c23f：eff：fef4：394b”。
在嵌入式linux设备中启动web服务器程序，并在后台运行。在浏览器中输入web服务器的ipv4地址，即使用ipv4地址访问web服务器，如图8所示。得到web服务器反馈的网页如图9所示。由图9可见，web服务器能够输出html网页以及png格式的图片。在网页中输入web服务器的ipv6地址，即用ipv6地址来访问web服务器，如图10所示，得到如图11所示的web服务器反馈网页。
同时使用其他浏览器访问web服务器也会得到同样的响应结果，说明本文设计的web服务器能够同时支持ipv4与ipv6地址进行访问。
本文完成了一个支持ipv4与ipv6地址同时进行访问的嵌入式web服务器设计，但目前也仅仅实现了输出网页内容的功能，还无法对cgi脚本进行处理，并与用户进行交互。后续将不断完善系统功能，增加对cgi脚本进行处理的功能。
（南通大学电子信息学院 付康为 刘德靖 孙玲 施佺）
