Python网络通信

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基本的网络知识

TCP/IP

IP地址

端口

HTTP/HTTPS

HTTP

HTTPS

搭建自己的Web服务器

urllib.request模块

发送GET请求

发送POST请求

JSON数据

JSON文档的结构

JSON数据的解码

下载图片示例

返回所有备忘录信息

此文章讲解如何通过Python访问互联网上的资源，这也是网络爬虫技术的基础。

基本的网络知识

TCP/IP

在网络通信中会用到一些相关协议，其中，TCP/IP是非常重要的协议，由IP和TCP两个协议构成。IP（Internet Protocol）是一种低级的路由协议，它将数据拆分在许多小的数据包中，并通过网络将它们发送到某一特定地址，但无法保证所有包都抵达目的地，也不能保证包按顺序抵达。

由于通过IP传输数据存在不安全性，所以还需要通过TCP（Transmi ssion Control Protocol，传输控制协议）进行网络通信。TCP是一种高层次的协议，是面向连接的可靠数据传输协议，如果有些数据包没被收到，则会重发，对数据包的内容准确性进行检查并保证数据包按顺序抵达 。所以，TCP能够保证数据包安全地按照发送时的顺序送达目的地。

IP地址

为了实现网络中不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个与众不同的标识，这就是IP地址，TCP/IP使用IP地址来标识源地址和目的地址。

最初，所有的IP地址都是由32位数字构成的，由4个8位的二进制数组成，每8位之间用圆点隔开，例如192.168.1.1，这种类型的地址通过IPv4指定。现在有一种新的地址模式，叫作IPv6，IPv6使用128位数字表示一个地址。尽管IPv6比IPv4有很多优势，但是由于习惯的问题，很多设备还是采用IPv4。

另外，我们有时还会用到一个特殊的IP地址127.0.0.1，127.0.0.1叫作回送地址，指本机。回送地址主要用于网络软件测试及本机的进程间通信，只发送数据，只进行本机进程间通信，不进行任何网络传输。

端口

一个IP地址标识一台计算机，每一台计算机又有很多网络通信程序在运行，提供网络服务或进行通信，这就需要不同的端口进行通信。如果把IP地址比作电话号码，那么端口就是分机号码，在进行网络通信时不仅要指定IP地址，还要指定端口号。

TCP/IP系统中的端口号是一个16位的数字，它的范围是0～65535 。将小于1024的端口号保留给预定义的服务，例如HTTP是80，FTP是21，Telnet是23，Email是25，等等。除非要和那些服务进行通信，否则不应该使用小于1024的端口。

HTTP/HTTPS

对互联网的访问大多基于HTTP/HTTPS，HTTP/HTTPS是TCP/IP的一种协议。

HTTP

HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）属于应用层协议，其简捷、快速的方式适用于分布式超文本信息传输。HTTP是无连接协议，即在每一次请求时都建立连接，服务器在处理完客户端的请求后，会先应答客户端，然后断开连接，不会一直占用网络资源。

HTTP/1.1共定义了8种请求方法：OPTIONS、HEAD、GET、POST 、PUT、DELETE、TRACE和CONNECT。GET和POST方法最常用。

（1）GET方法：用于向指定的资源发出请求，被发送的信息“显式” 地跟在URL后面。它一般只用于读取数据，例如静态图片等。GET方法有点像使用明信片给别人写信，将“信的内容”写在外面，接触到的人都可以看到，因此是不安全的。

（2）POST方法：用于向指定的资源提交数据，请求服务器进行处理 ，例如提交表单或者上传文件等。数据被包含在请求体中。POST方法像是把“信的内容”装入信封中，接触到该信封的人都看不到信的内容， 因此是相对安全的。

HTTPS

HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure，超文本传输安全协议 ）是超文本传输协议和SSL的组合，用于提供加密通信及对网络服务器身份的鉴定。简单地说，HTTPS是加密的HTTP。

HTTPS与HTTP的区别是：HTTPS使用https：//代替http：//，HTTPS使用端口443，而HTTP使用端口80与TCP/IP通信。

搭建自己的Web服务器

搭建Web服务器的步骤如下。

（1）安装JDK（Java开发工具包）

我们的Web服务器是Apache Tomcat，是支持Java Web技术的Web服务器。Apache Tomcat的运行需要Java运行环境，而JDK提供了Java运行环境，因此我们首先需要安装JDK。

（2）配置Java运行环境

Apache Tomcat在运行时需要用到JAVA_HOME环境变量，因此需要先设置JAVA_HOME环境变量。

首先，打开Windows系统环境变量设置对话框，打开该对话框有很多方式，如果是Windows 10系统，则在桌面上用鼠标右键单击“此电脑”图标，弹出Windows系统对话框，之后如下图所示操作。

（3）安装Apache Tomcat服务器

官网下载Apache Tomcat安装包apache-tom cat-9.0.13.zip并解压即可安装Apache Tom cat服务器。

（4）启动Apache Tomcat服务器

在Apache Tomcat解压目录的bin目录下找到startup.bat文件，双击sta rtup.bat即可启动Apache Tomcat。

启动Apache Tomcat成功后会看到如下信息。

 （5）测试Apache Tomcat服务器

打开浏览器，在地址栏中输入http：//localhost：8080/NoteWebService/，在打开的页面上介绍了当前Web服务器已经安装的Web应用（Note WebService）的具体使用方法。

打开浏览器，在地址栏中输入网址http：//localhost：8080/NoteWeb Service/note.do，在打开的页面上可以查询所有数据。

注意：NoteWebService可以查询、插入、删除和修改note（备忘录）信息，备忘录信息有4个字段：CDate（日期）、Content（内容）、UserlD（用户ID）和ID（备忘录ID）

urllib.request模块

我们要想在Python中访问互联网资源，则可以使用官方内置的urllib .request模块。

发送GET请求

如果要发送HTTP/HTTPS的GET请求，则可以使用urllib.request模块的Request对象。

示例代码如下：

import urllib.request
url='http://localhost:8080/NoteWebService/note.do?action=query&ID=10' # 请求URL网址，URL中？后的内容是请求参数，多个参数之间以&分隔，action=query是一对参数，action是参数名，query是参数值
req=urllib.request.Request(url) # 创建Request对象，默认是GET请求
with urllib.request.urlopen(req) as response: # 发送网络请求，response是需要释放的对象，可以使用with as代码块管理和释放
    data=response.read() # 读取数据，为字节序列数据
    json_data=data.decode() # 将字节序列数据转换为字符串
    print(json_data)

发送POST请求

如果要发送HTTP/HTTPS的POST请求，则其发送流程与发送GET请求非常类似。

示例代码如下：

import urllib.request
url='http://localhost:8080/NoteWebService/note.do'
# 准备HTTP参数
params_dict={'action':'query','ID':'10'} # 准备将参数放到字典中
params_str=urllib.parse.urlencode(params_dict) # 将字符参数有转换为字符串，形式为action=query&ID=10
print(params_str)
# 字符串转换为字节序列对象
params_bytes=params_str.encode() # 发送POST请求时的参数要以字节序列形式发送
req=urllib.request.Request(url,data=params_bytes) # 发送POST请求
with urllib.request.urlopen(req) as response: # 发送网络请求，response是需要释放的对象，可以使用with as代码块管理和释放
    data=response.read() # 读取数据，为字节序列数据
    json_data=data.decode() # 将字节序列数据转换为字符串
    print(json_data)

JSON数据

JSON文档的结构

构成JSON文档的两种结构为：JSON对象（object）和JSON数组（array）。

在JSON对象和JSON数组中都有JSON数值，JSON数值有字符串、数字、true、false、null、对象或数组。true和false是布尔值，null表示空的对象，而且对象和数组可以嵌套。

（1）JSON对象

JSON对象类似于Python中的字典类型，示例如下：

{ # 使用大括号括起来
    "name":"a.htm", # 名称，需要使用双括号括起来，JSON数值，“名称-值”对
    "size":345,
    "saved":true
}

（2）JSON数组

JSON数组类似于Python中的列表类型，示例如下：

[ # 使用中括号括起来
    "text","html","css" # JSON数值
]

JSON数据的解码

JSON数据的解码（decode）指将JSON数据转换为Python数据，当从网络中接收或从磁盘中读取JSON数据时，需要将其解码为Python数据。

在编码过程中，JSON数据被转换为Python数据。

我们使用json模块提供的loads（str）函数进行JSON数据的解码，参数str是JSON字符串，返回Python数据。

重构前面的示例，代码如下：

import urllib.request
import json
url='http://localhost:8080/NoteWebService/note.do?action=query&ID=10' # 网络资源地址
req=urllib.request.Request(url)
with urllib.request.Request(req) as response:
    data=response.read()
    json_data=data.decode()
    print('JSON字符串：',json_data)
    py_dict=json.loads(json_data) # 解码JSON字符串，返回字典
    print('备忘录ID：',py_dict['ID'])
    print('备忘录日期：',py_dict['CDate'])
    print('备忘录内容：',py_dict['Content'])
    print('用户ID：',py_dict['UserID'])

下载图片示例

从服务器返回的数据除了字符串也能返回其他类型的数据，下面给一个下载图片示例。

import urllib.request
url='http://localhost:8080/NoteWebService/logo.png' # 网络资源地址
req=urllib.request.Request(url)
with urllib.request.Request(url) as response:
    data=response.read()
    f_name='download.png' # 下载后的文件名
    with open(f_name,'wb') as f: # 以写入方式打开二进制文件
        f.write(data)
        print('下载文件成功')

在文件下载成功后，会在当前目录下看到download.png文件。

返回所有备忘录信息

参考代码如下：

import urllib.request
import json
url='http://localhost:8080/NoteWebService/note.do' # 网络资源地址
req=urllib.request.Request(url)
with urllib.request.Request(req) as response:
    data=response.read()
    json_data=data.decode()
    
    py_dict=json.loads(json_data)
    # 返回所有的备忘录记录信息
    record_array=py_dict['Record'] # record_array是JSON数组
    
    for record_obj in record_array: # 遍历所有备忘录信息
        print('--------备忘录记录--------')
        print('备忘录ID：',record_obj['ID'])
        print('备忘录日期：',record_obj['CDate'])
        print('备忘录内容：',record_obj['Content'])
        print('用户ID：',record_obj['UserID'])