网络编程———-＞第一天，网络基础知识、TCP协议、UDP协议

网络编程 第一日：网络基础知识、TCP 协议与 UDP 协议

网络编程是构建网络应用程序的关键技能。它涉及到通过网络进行数据传输、处理和接收。今天的学习将集中在网络的基本概念、两种最常用的传输协议：TCP 和 UDP 协议的核心内容上。

一、网络基础知识

1. 计算机网络定义：
   • 计算机网络是由多个计算机通过通信介质（如电缆、无线电波等）连接起来的系统。它允许计算机之间互相交换数据和资源。
2. 网络协议：
   • 网络协议是用于规定数据传输和通信规则的标准。它确保数据能够有效地从一个设备传输到另一个设备。
   • 常见协议：TCP/IP、HTTP、FTP、SMTP 等。
3. OSI 模型：
   • OSI（开放系统互联）模型是描述计算机网络协议的七层模型，帮助我们理解数据是如何在网络中传输的。七层分别是：
     1. 物理层：硬件设备的连接与数据传输（如电缆、无线等）。
     2. 数据链路层：设备之间数据帧的传输（如MAC地址）。
     3. 网络层：数据包的传输与路由（如IP协议）。
     4. 传输层：端到端的数据传输（如TCP、UDP协议）。
     5. 会话层：管理通信会话，控制数据流。
     6. 表示层：数据的格式化、加密等。
     7. 应用层：用户直接使用的协议（如HTTP、FTP）。

二、TCP 协议（传输控制协议）

1. TCP 协议简介：
   • TCP 是一种面向连接、可靠的传输协议。它保证了数据在传输过程中不会丢失，并且能够按照正确的顺序到达接收端。
   • TCP 通过三次握手建立连接，四次挥手断开连接。
2. 三次握手（建立连接）：
   • 第一步：客户端发送一个带 SYN（同步）标志位的包请求连接。
   • 第二步：服务器响应客户端，发送一个带 SYN 和 ACK（确认）标志位的包，表示同意建立连接。
   • 第三步：客户端收到服务器的响应后，发送一个带 ACK 标志位的包，表示确认连接成功。
3. 四次挥手（断开连接）：
   • 第一步：客户端发送一个带 FIN（结束）标志位的包，表示想要断开连接。
   • 第二步：服务器接收到后，发送一个带 ACK 的包，确认客户端的断开请求。
   • 第三步：服务器发送一个带 FIN 的包，表示它也准备断开连接。
   • 第四步：客户端响应，发送一个带 ACK 的包，连接断开。
4. TCP 特性：
   • 可靠性：通过校验和、重传机制保证数据的完整性和准确性。
   • 顺序保证：保证数据按发送顺序到达接收端。
   • 流量控制：通过滑动窗口控制数据传输的速率，防止接收方处理不过来。
   • 拥塞控制：通过控制发送速率来避免网络拥塞。
5. TCP 应用场景：
   • 适用于需要可靠传输的应用，如 HTTP、FTP、电子邮件等。

三、UDP 协议（用户数据报协议）

1. UDP 协议简介：
   • UDP 是一种无连接、不可靠的传输协议。与 TCP 不同，UDP 不保证数据传输的可靠性和顺序。
   • UDP 协议传输效率高，适用于实时性要求较高的应用。
2. UDP 特性：
   • 无连接：发送方和接收方不需要建立连接，数据直接发送。
   • 不可靠：不保证数据是否到达接收端，也不保证数据的顺序。
   • 低延迟：由于不需要握手过程，UDP 协议的延迟较低。
3. UDP 应用场景：
   • 适用于实时性要求高且丢失少量数据不影响应用的场景，如 视频会议、实时游戏、DNS 查询、VoIP。

四、TCP 和 UDP 的对比

五、总结

• TCP 和 UDP 都是传输层的协议，但它们各自有不同的应用场景和优缺点。
• TCP 提供可靠的连接，适用于要求高可靠性的场景，如 HTTP、FTP。
• UDP 由于其简单和低延迟，适合用于实时性要求较高、对丢包容忍度较高的应用，如视频通话和在线游戏。

在后续的学习中，我们将通过编程实现这些协议，学习如何编写网络应用程序来进行数据传输。

你可以通过编程实验来加深理解，如使用 Python 的 socket 模块来编写简单的 TCP 或 UDP 客户端和服务器程序。这样你能更清晰地看到每个协议的特性和应用。