26. 建立網頁伺服器

2024 iThome 鐵人賽

DAY 26

Python

使用 WiFiBoy Python 玩學機來學物聯網應用系列第 26 篇

16th鐵人賽

r4forth

2024-08-26 05:03:31

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網頁伺服器工作原理

網頁伺服器是負責處理客戶端（通常是網頁瀏覽器）發出的請求，並將所需的網頁或資料返回給客戶端的軟體系統。以下是網頁伺服器工作原理的簡單介紹：

客戶端發出請求

當你在瀏覽器中輸入一個網址並按下 Enter，瀏覽器會產生一個 HTTP 或 HTTPS 請求。這個請求通常包含了想要訪問的資源路徑（如一個網頁）以及所需的其他信息（如使用的 HTTP 方法，常見的有 GET 或 POST）。

DNS 解析

請求發出後，瀏覽器會首先與 DNS 伺服器通訊，將用戶輸入的網址（域名）轉換為對應的 IP 位址。這個 IP 位址用來標識網頁伺服器的位置。

與伺服器建立連接

瀏覽器根據解析出的 IP 位址，通過 TCP/IP 協議與目標網頁伺服器建立連接。這通常是在 80（HTTP）或 443（HTTPS）端口上進行的。

伺服器處理請求

網頁伺服器接收到請求後，會根據請求的內容來決定應該返回哪些資源。伺服器可能會從其本地檔案系統中讀取靜態檔案（如 HTML、CSS、JavaScript、圖片等），也可能會執行伺服器端的腳本（如 PHP、Python、Node.js 等）來生成動態內容。

生成並返回響應

網頁伺服器生成對應的 HTTP 響應，響應中包含了狀態碼（例如 200 表示成功，404 表示資源未找到）、標頭（如內容類型、緩存指令等）以及請求的內容。然後，伺服器將這些信息透過之前建立的 TCP 連接發回到客戶端。

客戶端接收並呈現內容

瀏覽器接收到伺服器的響應後，根據 HTML、CSS 和 JavaScript 來解析和呈現網頁。如果網頁中有其他資源（如圖片、外部樣式表或 JavaScript 檔案），瀏覽器會發出額外的 HTTP 請求來獲取這些資源，並最終將整個網頁呈現給用戶。

斷開連接

在響應結束後，伺服器會關閉與客戶端的連接，除非使用了 HTTP/2 或其他支持持久連接的技術，這些技術可以讓多個請求使用同一個連接，減少開銷。

MicroPython 建立網頁伺服器的模組

在 MicroPython 上，可以使用內建的 socket 模組來建立簡單的網頁伺服器。這個模組允許你在 WiFi 支援的開發板（例如 ESP8266 或 ESP32）上運行一個基礎的 HTTP 伺服器，從而提供簡單的網頁服務。

Socket 模組主要功能:

建立連線：

socket 模組讓你能夠建立一個網路連線，這個連線可以是 TCP 或 UDP。TCP 是比較可靠的資料傳輸方式，確保資料完整地送到對方；而 UDP 則是比較輕量級的傳輸方式，適合用在即時性較高的應用上，比如影音串流。

建立伺服器：

你可以用 socket 模組來建立一個簡單的伺服器，這樣其他裝置就可以連到你的玩學機，並進行互動。例如，你可以建立一個 HTTP 伺服器來回應簡單的網頁請求，這在 IoT 領域非常常見。

客戶端通訊：

玩學機也可以作為客戶端，連接到網際網路上的其他伺服器，比如連接到一個天氣伺服器來獲取天氣資料，或者連到一個 MQTT 伺服器進行即時消息的收發。

傳送和接收資料：

透過 send 和 recv 這些方法，可以傳送或接收字串、數據或是二進制資料。這對於控制遠端裝置或是接收感測器數據非常有用。

應用實例:

有兩台玩學機，機器 A 是當伺服器，機器 B 是客戶端(Clinet)。機器 A 隨時等待來自機器 B 的控制指令。機器 B 也可以換成你的手機或另一台 Wi-Fi 裝置，當你用機器 B 發出指令時，機器 A 就會接收並執行，可能是開關燈或讀取感測器的數據，並將結果回傳給機器 B。

程式碼

先建立一個 WiFi 的連接程式，未來這個小模組會很常用，也能分享給其他專案使用。可以將此 wifi.py 放到玩學機 Flash 的 /lib 目錄中。

import network

def connect(ssid, password):
    station = network.WLAN(network.STA_IF)
    station.active(True)
    station.connect(ssid, password)
    
    while not station.isconnected():
        pass

    print('WiFi 連接成功')
    print('IP 設定:', station.ifconfig())
    return station

建立 index.html 網頁

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>玩學機測試網頁</title>
</head>
<body>
    歡迎您來到玩學機的測試網頁
</body>
</html>

建立網頁伺服器程式

# 簡單WebServer 程式
import socket
import wifi

# 設定 WiFi 連線參數
SSID = '你家無線網路的SSID'
PASSWORD = '你家無線網路的密碼'

# 連接 WiFi
station = wifi.connect(SSID, PASSWORD)

# 其他主程式邏輯
# 例如：啟動網頁伺服器或其他應用
# 讀取 index.html 檔案的內容
def read_html_file():
    try:
        with open('index.html', 'r') as file:
            return file.read()
    except Exception as e:
        print("無法讀取 index.html 檔案:", e)
        return "<h1>500 Internal Server Error</h1>"

# 建立 socket
addr = socket.getaddrinfo('0.0.0.0', 80)[0][-1]

s = socket.socket()
s.bind(addr)
s.listen(1)

print('伺服器啟動，等待連接...')

while True:
    cl, addr = s.accept()
    print('客戶端連接來自', addr)
    
    # 接收 HTTP 請求
    request = cl.recv(1024)
    print('請求內容:', request)
    
    # 讀取並發送 index.html 檔案的內容
    response = read_html_file()
    
    cl.send('HTTP/1.1 200 OK\r\n')
    cl.send('Content-Type: text/html\r\n')
    cl.send('Connection: close\r\n\r\n')
    cl.sendall(response)
    
    # 關閉連接
    cl.close()