爬虫（1） – 爬虫基础入门理论篇

1.学习前置【必看】

近年来由于抓取数据而引起的纠纷越来越多，有的锒铛入狱，有的被处罚金，本人爬虫笔记学习提醒大家：爬虫有风险，采集需谨慎，写代码不能违法，写代码背后也有法律风险

1.1爬虫注意点

1.1.1遵守Robots协议

Robots协议，也称为爬虫协议、机器人协议等，全称是“网络爬虫排除标准”（Robots Exclusion Protocol），网站通过Robots协议告诉爬虫哪些页面可以抓取，哪些页面不能抓取

如何查看网站的rebots协议？

（1）打开浏览器，在地址栏中输入//网站域名/robots.txt即可，以查询百度的robots协议为例；Disallow后边的目录是禁止所有搜索引擎搜索的

（2）或者借助相关网站进行查看，如站长工具等，浏览器打开//s.tool.chinaz.com/robots，输入网站地址，点击查询即可

1.1.2.不过度采集数据

过度数据采集会对目标站点产生非常大的压力，可导致目标站点服务器瘫痪、不能访问等，相当于网络攻击。学习过程中抓取数据不可贪多，满足学习需求即可，损害他人权益的事不能做

1.1.3.不要采集隐私数据

有选择的采集数据，别人不让看的数据不要爬，私人数据不要爬，如手机号、身份证号、住址、个人财产等不要抓取，受法律保护的特定类型的数据或信息不能抓取

1.1.4.网站有声明”禁止爬虫采集或转载商业化”

当采集的站点有声明，禁止爬虫采集或转载商业化，请绕行，不让爬的数据不要爬

1.1.5.不得将抓取数据用于商业化使用

恶意利用爬虫技术抓取数据，进行不正当竞争，甚至牟取不法利益，会触犯法律，数据采集不得伤害他人利益

 

1.2.爬虫与爬虫工程师

爬虫（又被称为网页蜘蛛，网络机器人），是一种按照一定的规则，自动的抓取万维网信息的程序或者脚本，是搜索引擎的重要组成；爬虫可以用于以下场景：搜索引擎、数据分析、人工智能、薅羊毛、抢车票等

目前市面主流的爬虫产品有：神箭手、八爪鱼、造数、后羿采集器等

爬虫工程师简单点理解就是数据的搬运工

爬虫工程师技术储备

  • python编程基础
  • linux系统管理基础
  • http协议
  • 数据库增删改查基础

爬虫技术怎么学

  • 首先要学会基础的Python语法知识
  • 学习Python爬虫常用到的几个重要内置库Requests，用于请求网页
  • 学习正则表达式re、Xpath(lxml)等网页解析工具
  • 了解爬虫的一些反爬机制，header、robot、代理IP、验证码等
  • 了解爬虫与数据库的结合，如何将爬取的数据进行存储
  • 学习应用python的多线程、多进程进行爬取，提高爬虫效率
  • 学习爬虫的框架scrapy

 

2.网络基础

2.1.网络协议

2.1.1什么是协议？

协议可以理解为“规则”，是数据传输和数据的解释规则，下图是简单图解

2.1.2.OSI七层参考模型

  1. 物理层：可以理解为我们的网线，进行比特流的传输
  2. 数据链路层：可以理解为我们电脑的网卡，网卡的驱动可以提供介质访问、链路管理等
  3. 网络层：网卡可以设置ip地址，进行网络寻址和路由选择
  4. 传输层：可以想象成电脑里面的应用，建立主机端到端连接
  5. 会话层：建立、维护和管理会话
  6. 表示层：处理数据格式、数据加密等
  7. 应用层：提供应用程序间通信

示例：以小明和小红利用qq软件发消息来再次讲解下osi7层模型

小明在qq软件里面给小红发了一个“hello”

数据封装

  • 小明_应用层：对小明发送的hello数据，加上应用层的报头：应用层的数据协议单元
  • 小明_表示层：并不关心上一层的数据格式，把应用层整体的数据进行一个封装，加上表示层的数据头
  • 小明_会话层：对上一层数据加上会话层报头并进行封装
  • 小明_传输层：对上一层数据加上传输层报头并进行封装
  • 小明_网络层：对上一层数据加上网络层报头并进行封装
  • 小明_数据链路层：对上一层数据加上数据链路层报头并进行封装；同时还要对网络层的数据加上数据链路层报尾，形成最终的传输数据
  • 小明_物理层：发送给交换机

交换机:发送给路由器

路由器：发送给小红的物理层

数据解封装

  • 小红_物理层：拦截小明的传输的数据，递交给数据链路层
  • 小红_数据链路层：丢掉小明数据的数据帧的头部，进行数据校验，数据没有问题是给小红的并且数据是完整的，将数据递交给网络层
  • 小红_网络层：同数据链路层，进行解封装，并传递给上一层
  • 小红_传输层：同数据链路层，进行解封装，并传递给上一层
  • 小红_会话层：同数据链路层，进行解封装，并传递给上一层
  • 小红_表示层：同数据链路层，进行解封装，并传递给上一层
  • 小红_应用层：同数据链路层，进行解封装，小红看到“hello”

2.1.3.TCP/IP模型

TCP/IP协议栈，TCP/IP协议继承ISO模型网上有的说是四层有的说是五层，四层的是将物理层没算进去，到底记哪一个，这个不冲突，都可以。

图示tcp/ip相比较iso少了表示层、会话层

TCP/IP各层实现的协议

  • 应用层：
    • HTTP：超文本传输协议，基于TCP，使用80号端口，是用于www服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议
    • SMTP：简单邮件传输协议，基于TCP，使用25号端口，是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，用来控制信件的发送、中转；比如QQ邮箱，用的就是这个协议
    • FTP：文件传输协议，基于TCP，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20号，控制端口是21号
    • TELNET：远程登录协议，基于TCP，使用23号端口，是Internet远程登录服务的标准协议和主要方式。为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。在终端使用者的电脑上上使用telnet程序连接到服务器。使用明码传送，保密性差、简单方便
    • DNS：域名解析，基于UDP，使用53号端口，提供域名到IP地址之间的转换
    • SSH：安全外壳协议，基于TCP，使用22号端口，为建立在应用层和传输层基础上的安全协议。SSH是目前较可靠，专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议
  • 传输层：
    • TCP：传输控制协议。一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议
    • UDP：用户数据报协议。一种面向无连接的通讯协议，不可靠的、基于报文的传输层通信协议
    • SCTP：流量传输控制协议。一种面向连接的流传输协议；可以看成TCP的升级版
    • MPTCP：多路径传输控制协议。TCP的多路径版本。SCTP虽然在首发两端有多条路径，但实际只是使用一条路径传输，当该条路径出现故障时，不需要断开连接，而是转移到其他路径。MPTCP真正意义上实现了多路径并行传输，在连接建立阶段，建立多条路径，然后使用多条路径同时传输数据
  •  网络层：
    • IP：Internet协议。通过路由选择将下一条IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务
    • ICMP：Internet控制报文协议。是网络层的补充。用于在P主机、路由器之间传递控制消息，检测网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息；cmd窗口ping地址就是用的这个协议
    • ARP：地址解析协议。通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行；常见于交换机路由器
    • RARP：反向地址解析协议

 

2.2.HTTP协议详解

2.2.1.HTTP

HTTP协议，又称之为超文本传输协议，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；

是客户端和服务端进行通信的一种规则，它的模式非常简单，就是客户端发起请求，服务端响应请求。

2.2.2.版本分布

  • HTTP最早于1991年发布，是0.9版，不过目前该版本已不再用
  • HTTP/1.0，于1996年5月发布，引入了多种功能，至今仍在使用当中
  • HTTP/1.1，于1997年1月发布，持久连接被默认采用，是目前最流行的版本
  • HTTP/2，于2015年5月发布，引入了服务器推送等多种功能，是目前最新的版本

2.2.3.HTTP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

2.2.4.HTTP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：向指定资源提交数据（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标识（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，使用这个方法可以在不必传输全部内容的情况下，就可以获得资源的元信息（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；简单理解就是查看服务器支持哪些HTTP请求方法

2.2.5.HTTP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
  • 响应头：即消息报头，包含一系列的键值对
  • 响应正文：返回内容，注意和响应头之间有一个空行

 

2.2.6.HTTP响应状态码

  • 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 非认证信息
    • 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 Temorarily 请求临时重定向
    • 304：Not Modified 文件未修改，可以直接使用缓存的文件
    • 305：Use Proxy 使用代理
  • 4XX 请求错误：请求含有此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，输入错误的URL
  • 5XX 服务器错误：服务器在处理某个正确请求时发生错误
    • 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，服务器肯能会恢复正常
    • 504：Gateway Time-out 网关超时

 

2.3.解析HTTP数据流的传输过程

 

以一个经典面试题作为缩影进行讲解：

请简述：从客户端打开浏览器到服务器返回网页，中间的过程

 

2.3.1.宏观解析

1）在一个客户端上，打开浏览器，在浏览器的地址栏中，输入www.baidu.com，访问百度

2）在你敲入网址并按下回车之后，将会发生以下的事情：浏览器先尝试从Host文件中获取//www.baidu.com/对应的IP地址，如果能获取到则直接使用hosts文件的解析结果；host文件在本地的C:\Windows\System32\drivers\etc目录下

3）如果Host文件中找不到，就会使用DNS协议来获取IP。在DNS协议中，PC会向你本地DNS求助，请求DNS服务器之后，得到百度的IP

4）接下来浏览器会请求获得的Ip地址对应的Web服务器，Web服务器接收到客户的请求并响应处理，将客户请求的内容返回给客户端浏览器

5）如果服务器正常则给你回个“OK”，状态码为200并将你要的数据传给你。你收到服务器的回复，是HTML形式的文本。浏览器必须能够理解文本的内容，并快速的渲染到屏幕上，渲染出来后，你就能看到百度的首页了

 

2.3.2.微观解析

1）域名解析：同宏观解析，通过本地host文件查找；找不到，PC请求本地DNS帮忙；最后得到域名的IP

2）建立连接：

TCP三次握手：双向连接确认过程

  • step-1 监听：首先client客户端和server服务端都处于LISTEN监听状态
  • step-2 第一次握手(客户端)：
    • 客户端告诉服务端我要访问你，完成第一次握手；
    • 详解为：客户端会发送一个TCP的SYN，并且标志位为1的这样一个数据包；同时指明客户端要连接服务器的端口；发送完毕后，客户端进入SYN_SYNSEND的状态；并完成第一次握手
  • step-3 第二次握手(服务端)：
    • 服务端告诉客户端我收到了你的SYN数据包，你的内容为SYN=1，并且返回一个ACK=1的数据包，和客户端的SYN=1一并打包发给客户端；
    • 同时服务端由LISTEN状态变成SYN_RCVD状态；完成第二次握手
  • step-4 客户端发送ACK给服务端：
    • 客户端再次访问服务端，并发送ACK=1确认数据包，跟服务端确认是否一致
    • 发送完毕后客户端进入ESTABLISHED状态
  • step-5 第三次握手(服务端)：
    • 服务端收到客户端发过来的ACK=1数据包，确认无误后，同样进入ESTABLISHED状态；
    • 完成第三次握手

3）发送HTTP请求：同宏观解析，客户端发送get或post请求；服务器正常给你返回200，OK，以及返回你要的html文本；客户端对服务端给的heml文本进行解析、渲染、展示

4）断开连接：

TCP四次挥手：双向断开确认

  • step-1 第一次挥手(客户端)：
    • 客户端告诉服务端请求我已经发送完毕了，我想要跟你断开连接了，没有数据可以发送了，但是呢服务端你还能向我发送数据，我还能接收数据；
    • 详解为：客户端会发送一个TCP的FIN，并且标志位为1的这样一个数据包；告诉服务端我已经没有数据可以发送了，但是我还能接收数据；发送完毕后，客户端进入FIN_WAIT_1的状态；并完成第一次挥手
  • step-2 第二次挥手(服务端)：
    • 服务端确认了客户端的FIN数据包，并回一个ACK=1的数据包，表明我接收到了客户端关闭连接的请求，但是我这边还没有准备好关闭整个连接；
    • 同时服务端由进入CLOSE_WAIT状态；完成第二次握手
  • step-3 客户端接收ACK等待服务端关闭连接：
    • 客户端接收到服务端发过来的ACK=1数据包，客户端状态变更为FIN_WAIT_2状态；并等待服务端关闭连接
  • step-4 第三次挥手(服务端)：
    • 服务端向客户端发送一个FIN=1的数据包，表明我可以关闭连接了，响应数据已经都发完了。
    • 服务端状态变更为LAST_ACK；等待客户端发送ACK确认包
  • step-5 第四次挥手(客户端)：
    • 客户端收到服务端可以关闭的FIN数据包后，发送ACK=1包给服务端；告诉服务端，我这边没有问题，你关闭连接吧
    • 客户端状态变更为TIME_WAIT；
  • step-6 服务端关闭连接 ：
    • 服务端接收到客户端发送的ACK=1确认包后，关闭连接；服务端状态变更为CLOSED

 

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