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文檔簡(jiǎn)介
網(wǎng)絡(luò)編程開(kāi)發(fā)與應(yīng)用指南TOC\o"1-2"\h\u1930第一章網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ) 2325311.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議概述 3163181.1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次結(jié)構(gòu) 3302331.1.2常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 3244131.2套接字編程基礎(chǔ) 3241331.2.1套接字的概念 3210901.2.2套接字編程的基本步驟 31871.3網(wǎng)絡(luò)模型與架構(gòu) 4322741.3.1OSI七層模型 4132071.3.2TCP/IP四層模型 430297第二章TCP編程 4802.1TCP協(xié)議簡(jiǎn)介 4141192.2TCP服務(wù)器編程 5292142.3TCP客戶(hù)端編程 5188672.4TCP功能優(yōu)化 529882第三章UDP編程 6155583.1UDP協(xié)議簡(jiǎn)介 6117573.2UDP服務(wù)器編程 6206113.3UDP客戶(hù)端編程 8206833.4UDP功能優(yōu)化 1031046第四章HTTP編程 1080754.1HTTP協(xié)議概述 10149854.2HTTP服務(wù)器編程 11146834.3HTTP客戶(hù)端編程 1186934.4HTTP功能優(yōu)化 1231653第五章編程 12112785.1協(xié)議簡(jiǎn)介 12150005.2服務(wù)器編程 13263895.3客戶(hù)端編程 13294395.4功能優(yōu)化 143600第六章WebSocket編程 15265266.1WebSocket協(xié)議概述 15258926.2WebSocket服務(wù)器編程 15283366.3WebSocket客戶(hù)端編程 15106556.4WebSocket功能優(yōu)化 166216第七章網(wǎng)絡(luò)安全編程 16152017.1網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ) 16236957.1.1網(wǎng)絡(luò)安全概述 1647437.1.2常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)安全威脅 16146617.1.3安全協(xié)議 17275317.2加密算法應(yīng)用 1781697.2.1對(duì)稱(chēng)加密算法 1795197.2.2非對(duì)稱(chēng)加密算法 17251987.2.3混合加密算法 17263487.3認(rèn)證與授權(quán) 17313497.3.1認(rèn)證 1771057.3.2授權(quán) 17100707.4安全編程最佳實(shí)踐 17277987.4.1輸入驗(yàn)證 173937.4.2數(shù)據(jù)加密 18323957.4.3錯(cuò)誤處理 18220517.4.4訪(fǎng)問(wèn)控制 1874057.4.5定期更新和維護(hù) 18295817.4.6安全審計(jì) 1829606第八章網(wǎng)絡(luò)中間件開(kāi)發(fā) 1863018.1網(wǎng)絡(luò)中間件概述 18262138.2反向代理 184338.2.1反向代理的定義 18127578.2.2反向代理的原理 18111418.2.3反向代理的實(shí)現(xiàn) 19121738.3負(fù)載均衡 19250518.3.1負(fù)載均衡的定義 1968318.3.2負(fù)載均衡的原理 1982328.3.3負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn) 19251658.4網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與故障排查 19155878.4.1網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的定義 19163858.4.2網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的原理 19236048.4.3網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn) 20154678.4.4故障排查的方法 2019715第九章網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)踐案例 20226389.1網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)開(kāi)發(fā) 20194019.2文件傳輸應(yīng)用 2023889.3網(wǎng)絡(luò)游戲開(kāi)發(fā) 20165219.4實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 2126456第十章網(wǎng)絡(luò)編程發(fā)展趨勢(shì)與展望 213118710.15G網(wǎng)絡(luò)編程 211052210.2邊緣計(jì)算編程 211351910.3物聯(lián)網(wǎng)編程 22717210.4網(wǎng)絡(luò)編程未來(lái)展望 22第一章網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)編程是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一個(gè)重要的分支,它涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸、處理以及相關(guān)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。本章將介紹網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)知識(shí),包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、套接字編程以及網(wǎng)絡(luò)模型與架構(gòu)。1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議概述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于數(shù)據(jù)傳輸和通信的規(guī)則和約定。它定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷健鬏敺绞揭约板e(cuò)誤處理方法等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織,每一層都有其特定的功能和協(xié)議。1.1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常采用分層模型,常見(jiàn)的有OSI七層模型和TCP/IP四層模型。OSI七層模型包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層。TCP/IP四層模型包括網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。1.1.2常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以下是一些常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:HTTP(超文本傳輸協(xié)議):用于Web頁(yè)面?zhèn)鬏數(shù)膮f(xié)議。FTP(文件傳輸協(xié)議):用于文件傳輸?shù)膮f(xié)議。SMTP(簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議):用于郵件發(fā)送的協(xié)議。TCP(傳輸控制協(xié)議):提供可靠的傳輸服務(wù)。UDP(用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議):提供不可靠的傳輸服務(wù)。1.2套接字編程基礎(chǔ)套接字編程是網(wǎng)絡(luò)編程的核心內(nèi)容,它涉及操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口。套接字(Socket)是一種抽象的通信端點(diǎn),用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信。1.2.1套接字的概念套接字是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于進(jìn)程間通信的端點(diǎn)。它由IP地址和端口號(hào)組成。根據(jù)通信協(xié)議的不同,套接字分為T(mén)CP套接字和UDP套接字。1.2.2套接字編程的基本步驟套接字編程的基本步驟如下:(1)創(chuàng)建套接字:通過(guò)調(diào)用socket函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)套接字。(2)綁定地址:通過(guò)調(diào)用bind函數(shù)將套接字綁定到本地地址。(3)監(jiān)聽(tīng)連接:對(duì)于TCP套接字,通過(guò)調(diào)用listen函數(shù)監(jiān)聽(tīng)連接請(qǐng)求。(4)接受連接:通過(guò)調(diào)用accept函數(shù)接受客戶(hù)端的連接請(qǐng)求。(5)數(shù)據(jù)傳輸:通過(guò)調(diào)用send和recv函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。(6)關(guān)閉連接:通過(guò)調(diào)用close函數(shù)關(guān)閉套接字。1.3網(wǎng)絡(luò)模型與架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型與架構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)編程中重要的概念,它們描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能。1.3.1OSI七層模型OSI七層模型是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一種層次結(jié)構(gòu),包括以下七層:(1)物理層:負(fù)責(zé)傳輸原始的比特流。(2)數(shù)據(jù)鏈路層:負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)幀。(3)網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)包。(4)傳輸層:負(fù)責(zé)提供端到端的通信服務(wù)。(5)會(huì)話(huà)層:負(fù)責(zé)建立、管理和終止會(huì)話(huà)。(6)表示層:負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和加密。(7)應(yīng)用層:負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)通信需求。1.3.2TCP/IP四層模型TCP/IP四層模型是實(shí)際應(yīng)用中較為常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)模型,包括以下四層:(1)網(wǎng)絡(luò)接口層:負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包。(2)網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的傳輸和路由。(3)傳輸層:負(fù)責(zé)提供端到端的通信服務(wù)。(4)應(yīng)用層:負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)通信需求。第二章TCP編程2.1TCP協(xié)議簡(jiǎn)介T(mén)CP(TransmissionControlProtocol,傳輸控制協(xié)議)是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。它由IETF(InternetEngineeringTaskForce)定義,在網(wǎng)絡(luò)通信中扮演著舉足輕重的角色。TCP協(xié)議的主要特點(diǎn)如下:(1)面向連接:在數(shù)據(jù)傳輸之前,必須先建立連接,然后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。連接建立后,數(shù)據(jù)按照序號(hào)順序傳輸,保證數(shù)據(jù)的可靠性。(2)可靠傳輸:TCP協(xié)議采用確認(rèn)應(yīng)答(ACK)和序列號(hào)(SequenceNumber)機(jī)制,保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。接收方收到數(shù)據(jù)后,發(fā)送確認(rèn)應(yīng)答;發(fā)送方未收到確認(rèn)應(yīng)答,則重傳數(shù)據(jù)。(3)流量控制:TCP協(xié)議采用滑動(dòng)窗口機(jī)制進(jìn)行流量控制,以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失。(4)擁塞控制:TCP協(xié)議通過(guò)慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)等機(jī)制,實(shí)現(xiàn)擁塞控制。2.2TCP服務(wù)器編程TCP服務(wù)器編程主要包括以下幾個(gè)步驟:(1)創(chuàng)建套接字:使用socket函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)套接字,用于監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)端的連接請(qǐng)求。(2)綁定地址:使用bind函數(shù)將套接字綁定到服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)。(3)監(jiān)聽(tīng)連接:使用listen函數(shù)設(shè)置套接字的監(jiān)聽(tīng)狀態(tài),等待客戶(hù)端的連接請(qǐng)求。(4)接受連接:使用accept函數(shù)接受客戶(hù)端的連接請(qǐng)求,創(chuàng)建一個(gè)新的套接字用于與客戶(hù)端通信。(5)數(shù)據(jù)處理:接收客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù),并進(jìn)行處理。(6)發(fā)送響應(yīng):將處理結(jié)果發(fā)送給客戶(hù)端。(7)關(guān)閉連接:使用close函數(shù)關(guān)閉套接字,結(jié)束與客戶(hù)端的通信。2.3TCP客戶(hù)端編程TCP客戶(hù)端編程主要包括以下幾個(gè)步驟:(1)創(chuàng)建套接字:使用socket函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)套接字,用于與服務(wù)器建立連接。(2)連接服務(wù)器:使用connect函數(shù)連接到服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)。(3)發(fā)送請(qǐng)求:將請(qǐng)求數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器。(4)接收響應(yīng):接收服務(wù)器返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)。(5)數(shù)據(jù)處理:對(duì)接收到的響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。(6)關(guān)閉連接:使用close函數(shù)關(guān)閉套接字,結(jié)束與服務(wù)器的通信。2.4TCP功能優(yōu)化為了提高TCP網(wǎng)絡(luò)通信的功能,以下是一些常用的優(yōu)化方法:(1)調(diào)整TCP窗口大小:通過(guò)調(diào)整TCP窗口大小,可以增加每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量,從而提高傳輸效率。(2)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法:根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇合適的擁塞控制算法,如CUBIC、BIC等,以實(shí)現(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)功能。(3)使用TCPSACK(SelectiveAcknowledgment):SACK允許接收方顯式地告知發(fā)送方哪些數(shù)據(jù)已經(jīng)成功接收,從而減少不必要的重傳。(4)開(kāi)啟TCPtimestamps:通過(guò)開(kāi)啟TCPtimestamps,可以減少TCP連接建立時(shí)的時(shí)延,提高網(wǎng)絡(luò)功能。(5)優(yōu)化TCP連接的建立和拆除:通過(guò)優(yōu)化TCP連接的建立和拆除過(guò)程,如使用TCPFastOpen、TCPKeepalive等,可以減少連接建立和拆除的時(shí)延。(6)調(diào)整TCP緩沖區(qū)大小:根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,合理調(diào)整TCP發(fā)送和接收緩沖區(qū)大小,以提高數(shù)據(jù)傳輸效率。(7)使用多線(xiàn)程或多進(jìn)程:通過(guò)使用多線(xiàn)程或多進(jìn)程,可以提高TCP服務(wù)器或客戶(hù)端的處理能力,實(shí)現(xiàn)更高的并發(fā)功能。第三章UDP編程3.1UDP協(xié)議簡(jiǎn)介用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UserDatagramProtocol,UDP)是一種無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,屬于傳輸層協(xié)議。UDP協(xié)議提供面向無(wú)連接的服務(wù),與面向連接的傳輸控制協(xié)議(TCP)相比,UDP具有較低的開(kāi)銷(xiāo)和延遲,但可靠性較低。UDP協(xié)議的主要特點(diǎn)如下:(1)無(wú)連接:UDP不建立連接,數(shù)據(jù)包獨(dú)立發(fā)送,不需要建立和拆除連接的過(guò)程。(2)不可靠:UDP不保證數(shù)據(jù)包的可靠傳輸,可能出現(xiàn)丟包、重復(fù)、亂序等現(xiàn)象。(3)面向報(bào)文:UDP以報(bào)文為單位發(fā)送和接收數(shù)據(jù),報(bào)文長(zhǎng)度可變。(4)端口:UDP使用端口號(hào)區(qū)分不同的應(yīng)用程序。3.2UDP服務(wù)器編程UDP服務(wù)器編程主要涉及以下幾個(gè)步驟:(1)創(chuàng)建UDP套接字:使用socket函數(shù)創(chuàng)建UDP套接字。(2)綁定地址和端口:使用bind函數(shù)將套接字綁定到指定的IP地址和端口號(hào)。(3)接收客戶(hù)端請(qǐng)求:使用recvfrom函數(shù)從客戶(hù)端接收數(shù)據(jù)報(bào)文。(4)處理請(qǐng)求:根據(jù)請(qǐng)求類(lèi)型和內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的處理。(5)發(fā)送響應(yīng):使用sendto函數(shù)將處理結(jié)果發(fā)送給客戶(hù)端。(6)關(guān)閉套接字:使用close函數(shù)關(guān)閉UDP套接字。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的UDP服務(wù)器示例代碼:cinclude<stdio.h>include<stdlib.h>include<string.h>include<unistd.h>include<arpa/inet.h>defineSERVER_PORT5defineBUFFER_SIZE1024intmain(){intsockfd;structsockaddr_inserver_addr,client_addr;socklen_tclient_addr_len;charbuffer[BUFFER_SIZE];//創(chuàng)建UDP套接字sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd<0){perror("socket");exit(1);}//綁定地址和端口memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));server_addr.sin_family=AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);if(bind(sockfd,(structsockaddr)&server_addr,sizeof(server_addr))<0){perror("bind");exit(1);}//接收客戶(hù)端請(qǐng)求while(1){client_addr_len=sizeof(client_addr);if(recvfrom(sockfd,buffer,BUFFER_SIZE,0,(structsockaddr)&client_addr,&client_addr_len)<0){perror("recvfrom");exit(1);}//處理請(qǐng)求(示例:回顯客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù))sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,(structsockaddr)&client_addr,client_addr_len);}//關(guān)閉套接字close(sockfd);return0;}3.3UDP客戶(hù)端編程UDP客戶(hù)端編程主要涉及以下幾個(gè)步驟:(1)創(chuàng)建UDP套接字:使用socket函數(shù)創(chuàng)建UDP套接字。(2)設(shè)置服務(wù)器地址和端口:填充服務(wù)器地址結(jié)構(gòu)體。(3)發(fā)送數(shù)據(jù):使用sendto函數(shù)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文。(4)接收響應(yīng):使用recvfrom函數(shù)從服務(wù)器接收響應(yīng)數(shù)據(jù)。(5)關(guān)閉套接字:使用close函數(shù)關(guān)閉UDP套接字。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的UDP客戶(hù)端示例代碼:cinclude<stdio.h>include<stdlib.h>include<string.h>include<unistd.h>include<arpa/inet.h>defineSERVER_IP""defineSERVER_PORT5defineBUFFER_SIZE1024intmain(){intsockfd;structsockaddr_inserver_addr;socklen_tserver_addr_len;charbuffer[BUFFER_SIZE];//創(chuàng)建UDP套接字sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd<0){perror("socket");exit(1);}//設(shè)置服務(wù)器地址和端口memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));server_addr.sin_family=AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(SERVER_IP);server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);server_addr_len=sizeof(server_addr);//發(fā)送數(shù)據(jù)printf("請(qǐng)輸入發(fā)送給服務(wù)器的數(shù)據(jù):");fgets(buffer,BUFFER_SIZE,stdin);if(sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,(structsockaddr)&server_addr,server_addr_len)<0){perror("sendto");exit(1);}//接收響應(yīng)if(recvfrom(sockfd,buffer,BUFFER_SIZE,0,(structsockaddr)&server_addr,&server_addr_len)<0){perror("recvfrom");exit(1);}printf("服務(wù)器響應(yīng):%s\n",buffer);//關(guān)閉套接字close(sockfd);return0;}3.4UDP功能優(yōu)化UDP功能優(yōu)化可以從以下幾個(gè)方面考慮:(1)選擇合適的發(fā)送和接收緩沖區(qū)大小,以提高數(shù)據(jù)處理速度。(2)使用多線(xiàn)程或多進(jìn)程來(lái)處理并發(fā)請(qǐng)求,提高服務(wù)器處理能力。(3)針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景,選擇合適的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法。(4)采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧優(yōu)化技術(shù),如TCP/IP協(xié)議棧優(yōu)化。(5)使用網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡技術(shù),將請(qǐng)求分散到多個(gè)服務(wù)器,提高整體功能。(6)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理,保證重要數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。(7)優(yōu)化數(shù)據(jù)包大小,避免過(guò)大的數(shù)據(jù)包導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。(8)采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),降低數(shù)據(jù)傳輸量,提高傳輸效率。第四章HTTP編程4.1HTTP協(xié)議概述HTTP(HyperTextTransferProtocol,超文本傳輸協(xié)議)是互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。HTTP協(xié)議用于在Web瀏覽器和Web服務(wù)器之間傳遞信息,它基于請(qǐng)求/響應(yīng)模式,即客戶(hù)端發(fā)送請(qǐng)求到服務(wù)器,服務(wù)器再返回響應(yīng)給客戶(hù)端。HTTP協(xié)議的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)版本,包括HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2等。HTTP/1.1是目前使用最廣泛的版本,它修復(fù)了HTTP/1.0中的一些問(wèn)題,并引入了一些新的特性,如持久連接、虛擬主機(jī)支持等。HTTP協(xié)議的主要組成部分包括:請(qǐng)求行、請(qǐng)求頭、請(qǐng)求體、響應(yīng)行、響應(yīng)頭和響應(yīng)體。請(qǐng)求行包括方法、URI和HTTP版本;請(qǐng)求頭包含了一些關(guān)于客戶(hù)端環(huán)境和請(qǐng)求本身的信息;請(qǐng)求體則包含了請(qǐng)求的內(nèi)容,如表單數(shù)據(jù)、文件等。響應(yīng)行包括HTTP版本、狀態(tài)碼和狀態(tài)描述;響應(yīng)頭包含了一些關(guān)于服務(wù)器、響應(yīng)內(nèi)容和緩存等信息;響應(yīng)體則是服務(wù)器返回給客戶(hù)端的內(nèi)容。4.2HTTP服務(wù)器編程HTTP服務(wù)器的主要任務(wù)是接收客戶(hù)端的請(qǐng)求,處理請(qǐng)求,并返回響應(yīng)。在編寫(xiě)HTTP服務(wù)器程序時(shí),開(kāi)發(fā)者需要關(guān)注以下幾個(gè)方面:(1)服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)端口:服務(wù)器需要監(jiān)聽(tīng)一個(gè)端口,以便接收客戶(hù)端發(fā)送的請(qǐng)求。(2)請(qǐng)求解析:服務(wù)器需要解析客戶(hù)端發(fā)送的請(qǐng)求,提取請(qǐng)求方法、URI、請(qǐng)求頭和請(qǐng)求體等信息。(3)請(qǐng)求處理:服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求方法、URI等信息,調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù),完成請(qǐng)求的處理。(4)響應(yīng):服務(wù)器需要響應(yīng),包括響應(yīng)行、響應(yīng)頭和響應(yīng)體。(5)響應(yīng)發(fā)送:服務(wù)器將的響應(yīng)發(fā)送給客戶(hù)端。常用的HTTP服務(wù)器編程語(yǔ)言有Python、Java、C等。開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的語(yǔ)言和框架,如Python的Flask、Java的Spring等。4.3HTTP客戶(hù)端編程HTTP客戶(hù)端負(fù)責(zé)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求,并接收服務(wù)器返回的響應(yīng)。在編寫(xiě)HTTP客戶(hù)端程序時(shí),開(kāi)發(fā)者需要關(guān)注以下幾個(gè)方面:(1)請(qǐng)求構(gòu)造:客戶(hù)端需要構(gòu)造請(qǐng)求,包括請(qǐng)求行、請(qǐng)求頭和請(qǐng)求體。(2)請(qǐng)求發(fā)送:客戶(hù)端將構(gòu)造好的請(qǐng)求發(fā)送給服務(wù)器。(3)響應(yīng)接收:客戶(hù)端接收服務(wù)器返回的響應(yīng),并解析響應(yīng)內(nèi)容。(4)錯(cuò)誤處理:客戶(hù)端需要處理可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤,如網(wǎng)絡(luò)異常、服務(wù)器錯(cuò)誤等。常用的HTTP客戶(hù)端編程語(yǔ)言有Python、Java、C等。開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的語(yǔ)言和庫(kù),如Python的requests庫(kù)、Java的HttpURLConnection等。4.4HTTP功能優(yōu)化HTTP功能優(yōu)化是提高Web應(yīng)用功能的重要環(huán)節(jié)。以下是一些常見(jiàn)的HTTP功能優(yōu)化方法:(1)啟用持久連接:持久連接可以讓客戶(hù)端在發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求時(shí),復(fù)用同一個(gè)TCP連接,減少連接建立和斷開(kāi)的開(kāi)銷(xiāo)。(2)使用壓縮傳輸:通過(guò)啟用壓縮傳輸,可以減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,提高傳輸速度。(3)合理設(shè)置緩存策略:通過(guò)設(shè)置合適的緩存策略,可以讓客戶(hù)端在本地緩存已獲取的資源,減少重復(fù)請(qǐng)求。(4)優(yōu)化請(qǐng)求和響應(yīng)頭:減少請(qǐng)求和響應(yīng)頭的大小,可以減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。(5)減少HTTP請(qǐng)求:通過(guò)合并文件、使用CSS/JavaScript壓縮工具等方法,減少HTTP請(qǐng)求的次數(shù)。(6)使用CDN:將靜態(tài)資源部署到CDN(內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)),可以提高資源的訪(fǎng)問(wèn)速度。(7)優(yōu)化Web服務(wù)器配置:根據(jù)實(shí)際需求,調(diào)整Web服務(wù)器的參數(shù)設(shè)置,提高服務(wù)器處理請(qǐng)求的效率。通過(guò)以上方法,可以在一定程度上提高HTTP功能,從而提升Web應(yīng)用的功能。開(kāi)發(fā)者需要根據(jù)實(shí)際情況,選擇合適的優(yōu)化策略。第五章編程5.1協(xié)議簡(jiǎn)介(HyperTextTransferProtocolSecure)是在HTTP協(xié)議的基礎(chǔ)上加入SSL/TLS協(xié)議,用于在客戶(hù)端和服務(wù)器之間進(jìn)行加密傳輸?shù)膮f(xié)議。協(xié)議解決了HTTP協(xié)議在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)泄露和被篡改的問(wèn)題,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴f(xié)議使用TCP的443端口進(jìn)行通信。協(xié)議的工作流程如下:(1)客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求,攜帶客戶(hù)端支持的SSL/TLS版本號(hào)和加密算法等信息。(2)服務(wù)器響應(yīng)客戶(hù)端請(qǐng)求,返回服務(wù)器的SSL/TLS版本號(hào)、加密算法、證書(shū)等信息。(3)客戶(hù)端驗(yàn)證服務(wù)器證書(shū)的合法性,并向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)作為會(huì)話(huà)密鑰。(4)服務(wù)器使用私鑰解密客戶(hù)端發(fā)送的會(huì)話(huà)密鑰,并將解密后的會(huì)話(huà)密鑰發(fā)送給客戶(hù)端。(5)雙方使用會(huì)話(huà)密鑰進(jìn)行對(duì)稱(chēng)加密通信。5.2服務(wù)器編程在服務(wù)器編程中,需要使用SSL/TLS庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)加密通信。以下是一個(gè)基于Python的服務(wù)器示例:from.serverimporterver,BaseHTTPRequestHandlerimportsslclassHandler(BaseHTTPRequestHandler):defdo_GET(self):self.send_response(200)self.send_header('Contenttype','text/')self.end_headers()self.wfile.write(b'Hello,!')在上述代碼中,首先導(dǎo)入了Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的erver和BaseHTTPRequestHandler,用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的HTTP服務(wù)器。使用ssl模塊中的wrap_socket方法對(duì)服務(wù)器socket進(jìn)行SSL封裝,指定證書(shū)文件(server.crt)作為服務(wù)器證書(shū)。5.3客戶(hù)端編程客戶(hù)端編程與服務(wù)器編程類(lèi)似,也需要使用SSL/TLS庫(kù)實(shí)現(xiàn)加密通信。以下是一個(gè)基于Python的客戶(hù)端示例:importsslimportsockets=ssl.wrap_socket(socket.socket(),ssl_version=ssl.PROTOCOL_TLS)s.connect(('localhost',443))request=b'GET/HTTP/1.1\r\nHost:localhost\r\n\r\n's.sendall(request)response=b''whileTrue:data=s.recv(1024)ifnotdata:breakresponse=dataprint(response.de('utf8'))s.close()在上述代碼中,首先導(dǎo)入了ssl和socket庫(kù),創(chuàng)建了一個(gè)socket對(duì)象,并使用ssl.wrap_socket方法對(duì)其進(jìn)行SSL封裝。客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求,并接收服務(wù)器的響應(yīng)。打印響應(yīng)內(nèi)容并關(guān)閉socket。5.4功能優(yōu)化協(xié)議相較于HTTP協(xié)議,在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中增加了加密解密環(huán)節(jié),因此會(huì)對(duì)功能產(chǎn)生一定影響。以下是一些功能優(yōu)化的方法:(1)使用高效的加密算法:選擇功能較好的加密算法,如AES、RSA等,以減少加密解密所需的時(shí)間。(2)優(yōu)化SSL/TLS握手過(guò)程:盡量減少握手過(guò)程中的往返次數(shù),如使用SessionID緩存、OCSPstapling等技術(shù)。(3)使用CDN:將靜態(tài)資源部署到CDN節(jié)點(diǎn),減少用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)延遲。(4)壓縮數(shù)據(jù):在傳輸過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,以減小數(shù)據(jù)傳輸量。(5)使用HTTP/2:HTTP/2協(xié)議在功能方面有較大優(yōu)勢(shì),如多路復(fù)用、服務(wù)器推送等特性,可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率。(6)開(kāi)啟HTTP緩存:合理設(shè)置HTTP緩存策略,減少重復(fù)請(qǐng)求。(7)優(yōu)化服務(wù)器功能:提高服務(wù)器硬件配置,優(yōu)化服務(wù)器軟件,以提高處理請(qǐng)求的速度。通過(guò)以上方法,可以在一定程度上提高功能,為用戶(hù)提供更好的訪(fǎng)問(wèn)體驗(yàn)。第六章WebSocket編程6.1WebSocket協(xié)議概述WebSocket協(xié)議是一種在單個(gè)TCP連接上進(jìn)行全雙工通信的協(xié)議。它允許服務(wù)器與客戶(hù)端之間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸,克服了HTTP協(xié)議的短連接限制,提高了通信效率。WebSocket協(xié)議于2011年被IETF標(biāo)準(zhǔn)化為RFC6455。WebSocket協(xié)議的特點(diǎn)如下:(1)建立連接時(shí),使用HTTP協(xié)議的101狀態(tài)碼進(jìn)行協(xié)議升級(jí)。(2)使用WebSocket幀格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,支持文本和二進(jìn)制數(shù)據(jù)。(3)支持壓縮,降低傳輸數(shù)據(jù)的大小。(4)支持跨域通信,提高安全性。6.2WebSocket服務(wù)器編程在WebSocket服務(wù)器編程中,開(kāi)發(fā)者需要關(guān)注以下幾個(gè)方面:(1)建立WebSocket連接:服務(wù)器端需要監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)端的WebSocket連接請(qǐng)求,并處理協(xié)議升級(jí)。(2)維護(hù)WebSocket會(huì)話(huà):服務(wù)器需要管理WebSocket連接的狀態(tài),如連接數(shù)、活躍狀態(tài)等。(3)數(shù)據(jù)傳輸:服務(wù)器需要接收客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù),并根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行處理,然后將處理結(jié)果發(fā)送回客戶(hù)端。(4)心跳檢測(cè):服務(wù)器需要定期發(fā)送心跳包,檢測(cè)客戶(hù)端的在線(xiàn)狀態(tài),防止連接斷開(kāi)。常用的WebSocket服務(wù)器編程框架有:Node.js的Socket.IO、Python的WebSockets、Java的WebSocketAPI等。6.3WebSocket客戶(hù)端編程WebSocket客戶(hù)端編程涉及以下幾個(gè)方面:(1)建立WebSocket連接:客戶(hù)端需要向服務(wù)器發(fā)送WebSocket連接請(qǐng)求,并處理協(xié)議升級(jí)。(2)發(fā)送數(shù)據(jù):客戶(hù)端可以向服務(wù)器發(fā)送文本或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。(3)接收數(shù)據(jù):客戶(hù)端需要處理服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù),并根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行處理。(4)斷開(kāi)連接:客戶(hù)端在通信結(jié)束后,需要主動(dòng)斷開(kāi)WebSocket連接。常用的WebSocket客戶(hù)端庫(kù)有:JavaScript的WebSocketAPI、Python的websocketclient、Java的WebSocket客戶(hù)端庫(kù)等。6.4WebSocket功能優(yōu)化WebSocket功能優(yōu)化主要包括以下幾個(gè)方面:(1)連接復(fù)用:WebSocket協(xié)議支持長(zhǎng)連接,避免了頻繁建立和斷開(kāi)連接的開(kāi)銷(xiāo)。(2)數(shù)據(jù)壓縮:使用WebSocket協(xié)議的壓縮功能,可以降低傳輸數(shù)據(jù)的大小,提高傳輸效率。(3)異步處理:在服務(wù)器端和客戶(hù)端,采用異步處理方式,可以充分利用系統(tǒng)資源,提高處理速度。(4)負(fù)載均衡:在分布式系統(tǒng)中,使用負(fù)載均衡技術(shù),將請(qǐng)求分發(fā)到多個(gè)服務(wù)器,提高系統(tǒng)功能。(5)心跳檢測(cè):通過(guò)心跳檢測(cè),可以及時(shí)清除無(wú)效連接,釋放系統(tǒng)資源。(6)資源優(yōu)化:在服務(wù)器端和客戶(hù)端,對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化,如減少不必要的內(nèi)存占用、優(yōu)化算法等,以提高功能。第七章網(wǎng)絡(luò)安全編程7.1網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)7.1.1網(wǎng)絡(luò)安全概述網(wǎng)絡(luò)安全是指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,采取各種安全措施,保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)以及用戶(hù)信息免受非法訪(fǎng)問(wèn)、篡改、破壞和泄露的技術(shù)和方法。網(wǎng)絡(luò)安全是網(wǎng)絡(luò)編程中的一環(huán),關(guān)系到信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性和用戶(hù)的隱私保護(hù)。7.1.2常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)安全威脅網(wǎng)絡(luò)安全威脅主要包括惡意攻擊、病毒、木馬、網(wǎng)絡(luò)釣魚(yú)、DDoS攻擊等。了解這些威脅的特點(diǎn)和攻擊方式,有助于我們?cè)诰幊踢^(guò)程中采取相應(yīng)的防護(hù)措施。7.1.3安全協(xié)議安全協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中,用于保證數(shù)據(jù)傳輸安全的協(xié)議。常見(jiàn)的安全協(xié)議有SSL/TLS、IPSec、SSH等。在編程過(guò)程中,應(yīng)合理選擇和使用安全協(xié)議,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?.2加密算法應(yīng)用7.2.1對(duì)稱(chēng)加密算法對(duì)稱(chēng)加密算法是指加密和解密使用相同密鑰的加密方法。常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)加密算法有DES、AES、3DES等。對(duì)稱(chēng)加密算法在數(shù)據(jù)加密傳輸過(guò)程中具有高效性,但密鑰分發(fā)和管理較為困難。7.2.2非對(duì)稱(chēng)加密算法非對(duì)稱(chēng)加密算法是指加密和解密使用不同密鑰的加密方法。常見(jiàn)的非對(duì)稱(chēng)加密算法有RSA、ECC等。非對(duì)稱(chēng)加密算法在密鑰管理方面具有優(yōu)勢(shì),但加解密速度相對(duì)較慢。7.2.3混合加密算法混合加密算法是將對(duì)稱(chēng)加密算法和非對(duì)稱(chēng)加密算法相結(jié)合的加密方法。在實(shí)際應(yīng)用中,可以先使用非對(duì)稱(chēng)加密算法交換密鑰,再使用對(duì)稱(chēng)加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸。7.3認(rèn)證與授權(quán)7.3.1認(rèn)證認(rèn)證是指驗(yàn)證用戶(hù)的身份信息,以保證通信雙方為合法用戶(hù)。常見(jiàn)的認(rèn)證方法有用戶(hù)名密碼認(rèn)證、數(shù)字證書(shū)認(rèn)證、生物識(shí)別認(rèn)證等。7.3.2授權(quán)授權(quán)是指授予用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)資源的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。授權(quán)過(guò)程通常基于角色的訪(fǎng)問(wèn)控制(RBAC)和訪(fǎng)問(wèn)控制列表(ACL)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在編程過(guò)程中,應(yīng)合理設(shè)置授權(quán)策略,保證用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的合理性。7.4安全編程最佳實(shí)踐7.4.1輸入驗(yàn)證在編程過(guò)程中,應(yīng)對(duì)用戶(hù)輸入進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證,防止惡意輸入導(dǎo)致的攻擊。常見(jiàn)的輸入驗(yàn)證方法有正則表達(dá)式驗(yàn)證、長(zhǎng)度驗(yàn)證、類(lèi)型驗(yàn)證等。7.4.2數(shù)據(jù)加密對(duì)于敏感數(shù)據(jù),應(yīng)使用加密算法進(jìn)行加密存儲(chǔ)和傳輸。在編程過(guò)程中,應(yīng)選擇合適的加密算法,并保證加密密鑰的安全。7.4.3錯(cuò)誤處理在程序運(yùn)行過(guò)程中,應(yīng)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行合理的處理,避免錯(cuò)誤信息泄露系統(tǒng)信息。常見(jiàn)的錯(cuò)誤處理方法有異常捕獲、錯(cuò)誤日志記錄等。7.4.4訪(fǎng)問(wèn)控制在編程過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)用戶(hù)角色和權(quán)限設(shè)置訪(fǎng)問(wèn)控制策略,防止未授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)和操作。7.4.5定期更新和維護(hù)軟件應(yīng)定期進(jìn)行更新和維護(hù),修復(fù)已知安全漏洞,提高系統(tǒng)安全性。7.4.6安全審計(jì)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,應(yīng)對(duì)關(guān)鍵操作進(jìn)行安全審計(jì),以便在出現(xiàn)安全問(wèn)題時(shí)進(jìn)行追蹤和分析。第八章網(wǎng)絡(luò)中間件開(kāi)發(fā)8.1網(wǎng)絡(luò)中間件概述網(wǎng)絡(luò)中間件是指在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中,位于客戶(hù)端與服務(wù)器之間,提供特定功能支持的軟件組件。網(wǎng)絡(luò)中間件的主要目的是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信、提高系統(tǒng)功能、保障網(wǎng)絡(luò)安全以及簡(jiǎn)化應(yīng)用開(kāi)發(fā)。本章將重點(diǎn)介紹網(wǎng)絡(luò)中間件的開(kāi)發(fā)方法及其在實(shí)際應(yīng)用中的重要性。8.2反向代理8.2.1反向代理的定義反向代理(ReverseProxy)是指代理服務(wù)器接收客戶(hù)端請(qǐng)求,然后將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給后端服務(wù)器。與傳統(tǒng)的代理服務(wù)器不同,反向代理主要用于隱藏后端服務(wù)器的真實(shí)IP地址,提高系統(tǒng)安全性。8.2.2反向代理的原理反向代理的工作原理主要包括以下步驟:(1)客戶(hù)端發(fā)送請(qǐng)求至反向代理服務(wù)器。(2)反向代理服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求信息,選擇合適的后端服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。(3)后端服務(wù)器處理請(qǐng)求并返回響應(yīng)。(4)反向代理服務(wù)器接收響應(yīng),并將響應(yīng)返回給客戶(hù)端。8.2.3反向代理的實(shí)現(xiàn)反向代理的實(shí)現(xiàn)方式有多種,如使用Nginx、Apache等開(kāi)源軟件。開(kāi)發(fā)者可根據(jù)實(shí)際需求,選擇合適的反向代理方案。8.3負(fù)載均衡8.3.1負(fù)載均衡的定義負(fù)載均衡(LoadBalancing)是指將請(qǐng)求合理地分配到多個(gè)服務(wù)器上,以提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力和穩(wěn)定性。8.3.2負(fù)載均衡的原理負(fù)載均衡的原理主要包括以下幾種策略:(1)輪詢(xún)(RoundRobin):按照服務(wù)器列表順序依次分配請(qǐng)求。(2)加權(quán)輪詢(xún)(WeightedRoundRobin):根據(jù)服務(wù)器功能和負(fù)載情況,為服務(wù)器分配不同的權(quán)重。(3)最少連接(LeastConnections):將請(qǐng)求分配給連接數(shù)最少的服務(wù)器。(4)加權(quán)最少連接(WeightedLeastConnections):在最少連接的基礎(chǔ)上,考慮服務(wù)器功能和負(fù)載情況。8.3.3負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)方式有多種,如使用LVS、Nginx、HAProxy等開(kāi)源軟件。開(kāi)發(fā)者可根據(jù)實(shí)際需求,選擇合適的負(fù)載均衡方案。8.4網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與故障排查8.4.1網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的定義網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控(NetworkMonitoring)是指對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路、業(yè)務(wù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,以保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常。8.4.2網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的原理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的原理主要包括以下步驟:(1)收集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路、業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)。(2)分析數(shù)據(jù),評(píng)估網(wǎng)絡(luò)功能和健康狀況。(3)根據(jù)監(jiān)控結(jié)果,制定優(yōu)化策略和故障處理方案。8.4.3網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方式有多種,如使用SNMP、NetFlow、sFlow等協(xié)議。開(kāi)發(fā)者可根據(jù)實(shí)際需求,選擇合適的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控工具。8.4.4故障排查的方法故障排查(FaultDetection)是指在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),通過(guò)分析故障現(xiàn)象、定位故障原因,并采取相應(yīng)的措施解決問(wèn)題。以下是一些常用的故障排查方法:(1)日志分析:分析系統(tǒng)日志、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備日志等,查找故障原因。(2)網(wǎng)絡(luò)抓包:使用Wireshark等工具抓取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包,分析故障原因。(3)系統(tǒng)監(jiān)控:使用系統(tǒng)監(jiān)控工具,如top、vmstat等,分析系統(tǒng)功能。(4)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯悍治鼍W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),檢查設(shè)備配置是否正確。通過(guò)以上方法,開(kāi)發(fā)者可以有效地定位網(wǎng)絡(luò)故障,提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。第九章網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)踐案例9.1網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)是一種自動(dòng)化獲取網(wǎng)絡(luò)上公開(kāi)信息的程序,廣泛應(yīng)用于搜索引擎、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。在網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,需要關(guān)注以下幾個(gè)方面:(1)確定爬取目標(biāo):明確爬取的網(wǎng)站、頁(yè)面類(lèi)型以及所需數(shù)據(jù)。(2)數(shù)據(jù)抓取:利用HTTP請(qǐng)求獲取頁(yè)面內(nèi)容,采用正則表達(dá)式、DOM解析等方法提取所需數(shù)據(jù)。(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ):將提取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文件、數(shù)據(jù)庫(kù)
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