一、计算机网络详解

• （一）计算机网络概述

• 定义：计算机网络是通过传输介质将多台计算机连接起来，以实现数据通信和资源共享的系统。

• 功能：

  • (1) 数据通信：实现不同设备之间的数据传输。

  • (2) 资源共享：硬件资源（如打印机）和软件资源（如数据库）共享。

  • (3) 分布式处理：多台计算机协作完成任务。

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• （二）TCP 三次握手

• 1. 定义

• TCP（三次握手）是建立可靠连接的重要步骤，确保双方准备好通信并初始化必要的参数。

• 2. 过程详解

• 第一次握手（SYN）：

  • 客户端向服务器发送一个 SYN（synchronize）报文，表明希望建立连接。
  • 此时，客户端进入 SYN-SENT 状态。

• 第二次握手（SYN + ACK）：

  • 服务器收到 SYN 后，回复一个 SYN + ACK 报文，表示接收到请求并同意建立连接。
  • 服务器进入 SYN-RECEIVED 状态。

• 第三次握手（ACK）：

  • 客户端收到 SYN + ACK 后，发送 ACK 报文，表示确认。
  • 客户端和服务器进入 ESTABLISHED 状态，连接正式建立。

• 3. 为什么需要三次握手？

• 确保双方都能（收，发）数据，就是将双方四个状态都确定：

  • (1) 第一次握手：客户端发送数据，确认自己可以发送。
  • (2) 第二次握手：服务器接收到数据，确认自己可以接收，同时告知客户端可以发送。
  • (3) 第三次握手：客户端确认自己可以接收数据。

• 防止服务器资源浪费：如果仅两次握手，可能导致服务器误认为已建立连接，浪费资源。

• 4. 代码示例（Socket 编程）

  import socket# 服务端代码
  server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  server.bind(("127.0.0.1", 8080))
  server.listen(1)
  print("等待客户端连接...")
  conn, addr = server.accept()
  print(f"连接已建立: {addr}")# 客户端代码
  client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  client.connect(("127.0.0.1", 8080))
  print("连接成功")
  

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• （三）TCP 四次挥手

• 1. 定义

• 四次挥手是关闭 TCP 连接的步骤，确保双方的数据传输完全结束。

• 2. 过程详解

• 第一次挥手（FIN）：

  • 客户端发送 FIN（finish）报文，表示不再发送数据。
  • 客户端进入 FIN-WAIT-1 状态。

• 第二次挥手（ACK）：

  • 服务器收到 FIN 后，回复一个 ACK 报文，表示已收到请求。
  • 服务器进入 CLOSE-WAIT 状态。

• 第三次挥手（FIN）：

  • 服务器发送 FIN 报文，表示不再发送数据。
  • 服务器进入 LAST-ACK 状态。

• 第四次挥手（ACK）：

  • 客户端收到 FIN 后，回复一个 ACK 报文。
  • 客户端进入 TIME-WAIT 状态，确保服务器收到 ACK 后关闭。

• 3. 为什么需要四次挥手？

• TCP 是全双工通信：双方需要单独关闭发送和接收通道。

• 确保数据完全传输：通过分阶段关闭，防止未传输的数据丢失。

• 4. TIME-WAIT 状态的作用

• 防止丢失的报文被误处理：等待一段时间确保所有报文从网络中消失。

• 确保连接的完整关闭。

• 5. 代码示例（Socket 编程）

  import socket# 服务端代码
  server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  server.bind(("127.0.0.1", 8080))
  server.listen(1)
  conn, addr = server.accept()
  print("连接已建立")
  conn.close()
  print("连接已关闭")# 客户端代码
  client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
  client.connect(("127.0.0.1", 8080))
  print("连接成功")
  client.close()
  print("连接已关闭")
  

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• （四）UDP 与 TCP 的区别

  特性	TCP	UDP
  连接方式	面向连接（三次握手）	无连接
  可靠性	提供可靠传输，确保数据无误	不保证数据可靠性
  速度	较慢（有流控与拥塞控制）	快（无流控与拥塞控制）
  场景	文件传输、HTTP、数据库等	视频直播、DNS、游戏

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• （五）总结

• 三次握手：建立连接，确保双方通信能力。

• 四次挥手：断开连接，确保数据完整传输。

• TCP 与 UDP：

  • TCP 提供可靠性，适用于需要严格保证数据正确的场景。

  • UDP 提供高效性，适用于实时性要求高的场景。

    通过深入理解 TCP/UDP 的机制，可以优化网络程序的设计，提高通信效率。