python网络编程(四)

本文主要是介绍python网络编程(四)，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

应用层编程

应用层

应用层定义了各种各样的协议来规范数据格式，常见的有HTTP、FTP、SMTP等，HTTP是一种比较常用的应用层协议
HTTP

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，它是基于TCP的应用层协议客户端和服务端进行通信的规则，它的模式非常简单，就是客户端发起请求，服务端相应请求
- 请求行：包含请求方法、请求地址和HTTP协议版本。
- 消息报头：包含了一系列的键值对。
- 请求正文（可选）：注意和消息报头之间有一个空行。
  
  服务端相应响应
- 状态行：包含HTTP协议版本、状态码和状态描述，以空格分隔。
- 相应头：消息报头，包含一系列的键值对。
- 响应正文：返回内容，注意和响应之间有一个空行。
请求方法
- GET：从服务器获取指定（请求地址）的资源的信息，它通常只用于读取数据，就像数据库查询一样，不会对资源进行修改。
- POST：想指定资源提交数据（比如提交表单，上传文件），请求服务器进行处理。数据被包含在请求正文中，这个请求可能会创建新的资源或更新现有的资源。
- PUT：通过指定资源的唯一表识（在服务器上的具体存放位置），请求服务器创建或更新资源。
- DELETE：请求服务器删除指定资源。
- HEAD：与GET方法类似，从服务器获取资源信息，和GET方法不同的是，HEAD不含有呈现数据，仅仅是HTTP头信息。HEAD的好处在于，只用这个方法可以在不必传输全部的内容情况下，就可以获取资源的元信息（或元数据）。
- OPTIONS：该方法可使服务器传回资源所支持的所有HTTP请求方法。
状态码
- 1XX消息：请求已被服务接收，继续处理。
- 2XX成功：请求已成功被服务器接收、理解、并接受
  - 200：OK
  - 201：Created 已创建
  - 202：Accepted 接收
  - 203：Non- Authoritative Information 非认证消息
  - 204：No Content 无内容
- 3XX重定向：需要后续操作才能完成这一请求
  - 301：Moved Permanently 请求永久重定向
  - 302：Moved Temporarily 请求临时重定向
  - 304：Not Modified 文件为修改，可以直接使用缓存的文件
  - 305：Use Proxy 使用代理
- 4XX请求错误：请求含有词法错误或者无法被执行
  - 400：Bad Request 由于客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解。
  - 401：Unauthorized 请求未经授权。这个状态代码必须和WWW- Authenticate报头域一起使用。
  - 403：Forbidden 服务器收到请求，但是拒绝提供服务。服务器通常会在响应正文中给出不提供服务的原因。
  - 404：Not Found 请求的资源不存在，例如，输入错了URL或者服务端没有启动。
- 5XX服务器错误：服务器在处理某个正确请求是发生错误
  - 500：Internal Server Error 服务器发生不可预期的错误，导致无法完成客户端的请求。
  - 503：Service Unavailable 服务器当前不能够处理客户端的请求，在一段时间之后，服务器可能会恢复正常。
  - 504：Gateway Time-out 网关超时。

Python 实现文本服务器

server.py

import socket
import threading


def handle_client(client: socket.socket, address):
    # 接收客户端的请求
    request_data = client.recv(1024)
    # 打印数据
    print(f"客户端的地址为：{address}，请求的数据为：{request_data.decode()}")
    # 向客户端相应数据，相应的格式是要遵循HTTP协议规范
    # 状态行：包含HTTP协议的版本、状态码和状态描述符，以空格相隔
    response_status = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
    # 自定义响应头
    response_header = "Server:New Server\r\n"
    # 相应体
    response_body = "Hello World"
    # 组装响应数据
    response = response_status + response_header + '\r\n' + response_body
    # 将数据回复给客户端
    client.send(response.encode())
    # 关闭client
    client.close()


def main():
    # 创建一个TCP的HTTP服务器
    with socket.socket(type=socket.SOCK_STREAM) as server:
        # 如果地址什么都不写，代表着绑定着是我当前机器的所有IP地址
        server.bind(("", 8080))
        # 服务器监听
        server.listen(128)
        # 打印启动信息
        print("服务器已经启动！")
        # 不停的接收客户端的请求
        while True:
            # 接收客户端的请求，返回客户端的socket和address
            client, address = server.accept()
            # 采用多线程处理多个客户端的请求
            thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client, address))
            # 启动线程
            thread.start()


if __name__ == '__main__':
    main()

运行后在网页输入127.0.0.1:8080

后台打印出请求行和消息报头

通过F12可以查看请求和响应信息，与后台输出一致

Python 实现Html服务器

server.py

import socket
import threading
import os


# 存放html的路径，我放在D盘下的
HTML_PATH = "D:\\"


def handle_client(client: socket.socket, address):
    # 接收客户端的请求
    request_data = client.recv(1024)
    # 打印数据
    print(f"客户端的地址为：{address}，请求的数据为：{request_data.decode()}")
    # 通过空格分隔客户端请求数据
    # 请求行：GET / HTTP/1.1 ==> 请求方法、请求地址和HTTP协议版本
    request = request_data.decode().split(" ")
    # 拿到客户端请求的文件，也就是请求地址。例如：index.html
    if request[1] == '/':
        filename = '/index.html'
    else:
        filename = request[1]]
    # 向客户端相应数据，相应的格式是要遵循HTTP协议规范
    # 状态行：包含HTTP协议的版本、状态码和状态描述符，以空格相隔
    response_status = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
    # 自定义响应头
    response_header = "Server:New Server\r\n"
    # 有可能客户端请求的是图片或者视频文件，所以需要用rb的形式读取
    try:
        with open(os.path.join(HTML_PATH, filename), 'rb') as f:
            # 响应体
            response_body = f.read().decode()
    except Exception as e:
        _ = e
        response_status = "HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"
        response_body = "File Not Found"
    # 组装响应数据
    response = response_status + response_header + '\r\n' + response_body
    # 将数据回复给客户端
    client.send(response.encode())
    # 关闭client
    client.close()


def main():
    # 创建一个TCP的HTTP服务器
    with socket.socket(type=socket.SOCK_STREAM) as server:
        # 如果地址什么都不写，代表着绑定着是我当前机器的所有IP地址
        server.bind(("", 8080)))
        # 服务器监听
        server.listen(128)
        # 打印启动信息
        print("服务器已经启动！")
        # 不停的接收客户端的请求
        while True:
            # 接收客户端的请求，返回客户端的socket和address
            client, address = server.accept()
            # 采用多线程处理多个客户端的请求
            thread = threading.Thread(target=handle_client, args=(client, address))
            # 启动线程
            thread.start()


if __name__ == '__main__':
    main()

index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>My Web Server</title>
</head>
<body>
<h1>Hello World</h1>
</body>
</html>

运行server.py，浏览器输入http://127.0.0.1:8080

后台的数据为：
浏览器输入http://127.0.0.1:8080/index.html

后台的数据为：
浏览器输入http://127.0.0.1:8080/index1.html

后台数据为：

HTTP数据流传输过程

宏观层面

当网页上输入域名之后，会先去本机上的Host文件当中获取对应的IP地址，如果能取到，则使用Host文件的解析结果。
- 格式：IP地址 + 空格 + 域名
- Windows: C:\Windows\system32\drivers\etc\hosts
- Mac: /private/etc/hosts
- Linux: /etc/hosts
如果Host文件中没有该域名的解析结果，那么就会去使用DNS协议来获取IP。在DNS协议中，PC会向你的本地DNS服务器获取对应的IP地址信息。本地DNS服务器的IP路由分为两种：通过手动设置的静态IP地址，通过动态DHCP协议获取动态IP地址。
接下来建立TCP连接。在TCP协议中，建立TCP需要与目的服务器三次握手，三次握手的流程为：
- 我向目的服务器发送消息（SYN）
- 服务器应答并给我发送消息（SYN、ACK）
- 我应答（ACK）
三次握手成功后，开始使用HTTP协议请求网页内容。发送HTTP请求报文，服务器给出应答。
如果服务器禁止访问就会回复“Forbidden”或者“file not found”等，如果服务器正常则会回复“OK”，以及200的状态码，并传回相应的数据，若传回的数据是HTML形式的文本，浏览器就会将数据渲染到屏幕上。

微观层面

域名解析
1. 浏览器向本机DNS模块发出DNS请求，DNS模块生成相关的DNS报文；
2. DNS模块将生成的DNS报文传递给传输层的UDP协议单元；
3. UDP协议单元将该数据封装成UDP数据报，传递给网络层的IP协议单元；
4. IP协议单元将该数据封装成IP数据包，其目的IP地址为DNS服务器的IP地址；
5. 封装好的IP数据包将传递给数据链路层的协议单元进行发送；
6. 发送时在ARP缓存中查询相关数据，如果没有，就发送ARP广播（包含代查询的IP地址，收到广播的主机检查自己的IP，符合条件的主机将含有自己MAC地址的ARP包发送给ARP广播的主机）请求，等待ARP回应；
7. 得到ARP回应后，将IP地址（目的IP地址）与路由的下一跳MAC地址（DNS的MAC地址）对应的信息写入ARP缓存表；
8. 写入缓存表后，以路由下一跳的地址（DNS的MAC地址）填充目的地址，以数据帧形式转发；
9. 转发可能会经过多次；
10. DNS请求到达DNS服务器的数据链路层协议单元；
11. DNS服务器的数据链路层协议单元解析数据帧，将内部的IP数据包传递给网络层IP协议单元；
12. DNS服务器的IP协议单元解析IP数据包，将内部的UDP数据报传递给传输层协议单元；
13. DNS服务器的UDP协议单元解析收到的UDP数据报，将内部的DNS报文传递给DNS服务单元；
14. DNS服务单元将域名解析成对应的IP地址，产生DNS回应报文；
15. DNS回应报文->UDP->IP->MAC->我的主机；
16. 我的主机收到数据帧，将数据帧->IP->UDP->浏览器；
17. 将域名解析结果以域名和IP地址对应的形式写入DNS缓存表；
TCP三次握手
1. 向目的主机发送TCP连接8请求报文；
2. 该TCP报文中SYN标志位设为1，表示连接请求；
3. 该TCP报文通过IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->目的主机；
4. 目的主机收到数据帧，通过IP->TCP，TCP协议单元回应请求应答报文；
5. 该报文中SYN和ACK标志设为1，表示连接请求应答；
6. 该TCP报文通过IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->我的主机；
7. 我的主机收到数据帧，通过IP->TCP，TCP协议单元回应请求确认报文（ACK）
8. 该TCP报文通过IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->目的主机‘
9. 目的主机收到数据帧，通过IP->TCP，连接建立完成；
HTTP传输数据
1. 浏览器向域名发出请求；
2. 该请求报文通过HTTP->TCP->IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->目的主机；
3. 目的主机收到数据帧，通过IP->TCP->HTTP，HTTP协议单元会回应HTTP协议格式封装好的HTML形式数据；
4. 该HTML数据通过TCP->IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->我的主机；
5. 我的主机收到数据帧，通过IP->TCP->HTTP->浏览器，浏览器以网页的形式显示HTML内容；
TCP四次挥手
1. 浏览器向目的主机发出TCP连接结束请求报文，此时进入FIN WAIT状态；
2. 该报文FIN标志位设为1，表示结束请求；
3. TCP结束请求报文通过IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->目的主机；
4. 目的主机收到数据帧，通过IP->TCP，TCP协议单元回应结束应答报文（ACK）；
5. 当前只是进行回应，因为目的主机可能还有数据要传，并不着急断开连接；
6. 该报文中ACK标志位设为1，表示收到结束请求；
7. 目的数据发送完所有数据后，向我的主机发出TCP连接结束请求报文；
8. 该报文FIN标志位设为1，表示结束请求；
9. TCP结束请求报文通过IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->我的主机；
10. 我的主机收到数据帧，通过IP->TCP，TCP协议单元回应应答报文，此时进入TIME WAIT状态，因为不相信网络时可靠的，如果目的主机没收到还可以重发；
11. 该报文中的FIN标志位均设为1，表示结束应答；
12. 该TCP回应报文通过IP（DNS）->MAC（ARP）->网关->目的主机；
13. 目的主机关闭连接；
14. TIME WAIT等待结束后，没有收到回复，说明目的正常关闭了，我的主机也关闭连接；

应用层协议

DHCP动态主机分配协议

DHCP，主机动态配置协议，是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，常用的2个端口：67（DHCP service），68（DHCP client）。

DHCP通常被用于局域网环境，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使client动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。
DHCP工作流程

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