1.計算機網路三要素
網路程式設計：使用程式語言實現多臺計算機的通訊
網路程式設計三大要素
- ip地址：網路中每一臺計算機的唯一標識，透過IP地址找到指定的計算機
- 埠：用於標識程序的邏輯地址，透過埠找到指定程序。
- 協議：定義通訊規則，符合協議則可以通訊，不符合不能通訊，一般有TCP協議和UDP協議。
1.1 TCP協議
TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）是一種面向連線的、可靠的、基於位元組流的通訊協議，資料在傳輸前要建立連線，傳輸完畢後還要斷開連線。客戶端在收發資料前要使用connect()函式和伺服器建立連線，建立連線的目的是保證IP地址、埠、物理鏈路等正確無誤，為資料的傳輸開闢通道。
TCP資料包機構
帶陰影的幾個欄位需要重點說明一下：
- 序號：Seq（Sequence Number）序號佔32位，用來標識從計算機A傳送到計算機B的資料包的序號，計算機傳送資料時對此進行標記。
- 確認號：Ack（Acknowledge Number）確認號佔32位，客戶端和伺服器端都可以傳送，Ack = Seq + 1。
- 標誌位：每個標誌位佔用1Bit，共有6個，分別為 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN，具體含義如下：
URG：緊急指標（urgent pointer）有效。
ACK：確認序號有效。
PSH：接收方應該儘快將這個報文交給應用層。
RST：重置連線。
SYN：建立一個新連線。
FIN：斷開一個連線。
連線的建立（三次握手
使用 connect() 建立連線時，客戶端和伺服器端會相互傳送三個資料包，請看下圖：
客戶端呼叫 socket() 建立套接字後，因為沒有建立連線，所以套接字處於CLOSED狀態；伺服器端呼叫 listen() 函式後，套接字進入LISTEN狀態，開始監聽客戶端請求。
這個時候，客戶端開始發起請求：
- 當客戶端呼叫 connect() 函式後，TCP協議會組建一個資料包，並設定 SYN 標誌位，表示該資料包是用來建立同步連線的。同時生成一個隨機數字 1000，填充“序號（Seq）”欄位，表示該資料包的序號。完成這些工作，開始向伺服器端傳送資料包，客戶端就進入了SYN-SEND狀態。
- 伺服器端收到資料包，檢測到已經設定了 SYN 標誌位，就知道這是客戶端發來的建立連線的“請求包”。伺服器端也會組建一個資料包，並設定 SYN 和 ACK 標誌位，SYN 表示該資料包用來建立連線，ACK 用來確認收到了剛才客戶端傳送的資料包。 伺服器生成一個隨機數 2000，填充“序號（Seq）”欄位。2000 和客戶端資料包沒有關係。伺服器將客戶端資料包序號（1000）加1，得到1001，並用這個數字填充“確認號（Ack）”欄位。伺服器將資料包發出，進入SYN-RECV狀態。
- 客戶端收到資料包，檢測到已經設定了 SYN 和 ACK 標誌位，就知道這是伺服器發來的“確認包”。客戶端會檢測“確認號（Ack）”欄位，看它的值是否為 1000+1，如果是就說明連線建立成功。
接下來，客戶端會繼續組建資料包，並設定 ACK 標誌位，表示客戶端正確接收了伺服器發來的“確認包”。同時，將剛才伺服器發來的資料包序號（2000）加1，得到 2001，並用這個數字來填充“確認號（Ack）”欄位。客戶端將資料包發出，進入ESTABLISED狀態，表示連線已經成功建立。
- 伺服器端收到資料包，檢測到已經設定了 ACK 標誌位，就知道這是客戶端發來的“確認包”。伺服器會檢測“確認號（Ack）”欄位，看它的值是否為 2000+1，如果是就說明連線建立成功，伺服器進入ESTABLISED狀態。至此，客戶端和伺服器都進入了ESTABLISED狀態，連線建立成功，接下來就可以收發資料了。
注意：
三次握手的關鍵是要確認對方收到了自己的資料包，這個目標就是透過“確認號（Ack）”欄位實現的。計算機會記錄下自己傳送的資料包序號 Seq，待收到對方的資料包後，檢測“確認號（Ack）”欄位，看Ack = Seq + 1是否成立，如果成立說明對方正確收到了自己的資料包。
斷開連線（四次揮手）
建立連線非常重要，它是資料正確傳輸的前提；斷開連線同樣重要，它讓計算機釋放不再使用的資源。如果連線不能正常斷開，不僅會造成資料傳輸錯誤，還會導致套接字不能關閉，持續佔用資源，如果併發量高，伺服器壓力堪憂。
.建立連線需要三次握手，斷開連線需要四次握手，可以形象的比喻為下面的對話：
[Shake 1] 套接字A：“任務處理完畢，我希望斷開連線。”
[Shake 2] 套接字B：“哦，是嗎？請稍等，我準備一下。”等待片刻後……
[Shake 3] 套接字B：“我準備好了，可以斷開連線了。”
[Shake 4] 套接字A：“好的，謝謝合作。”
下圖演示了客戶端主動斷開連線的場景：
建立連線後，客戶端和伺服器都處於ESTABLISED狀態。這時，客戶端發起斷開連線的請求：
- 客戶端呼叫 close() 函式後，向伺服器傳送 FIN 資料包，進入FIN_WAIT_1狀態。FIN 是 Finish 的縮寫，表示完成任務需要斷開連線。
- 伺服器收到資料包後，檢測到設定了 FIN 標誌位，知道要斷開連線，於是向客戶端傳送“確認包”，進入CLOSE_WAIT狀態。
注意：伺服器收到請求後並不是立即斷開連線，而是先向客戶端傳送“確認包”，告訴它我知道了，我需要準備一下才能斷開連線。
- 客戶端收到“確認包”後進入FIN_WAIT_2狀態，等待伺服器準備完畢後再次傳送資料包。
- 等待片刻後，伺服器準備完畢，可以斷開連線，於是再主動向客戶端傳送 FIN 包，告訴它我準備好了，斷開連線吧。然後進入LAST_ACK狀態。
- 客戶端收到伺服器的 FIN 包後，再向伺服器傳送 ACK 包，告訴它你斷開連線吧。然後進入TIME_WAIT狀態。
- 伺服器收到客戶端的 ACK 包後，就斷開連線，關閉套接字，進入CLOSED狀態。
注意：關於 TIME_WAIT 狀態的說明
客戶端最後一次傳送 ACK包後進入 TIME_WAIT 狀態，而不是直接進入 CLOSED 狀態關閉連線，這是為什麼呢？
TCP 是面向連線的傳輸方式，必須保證資料能夠正確到達目標機器，不能丟失或出錯，而網路是不穩定的，隨時可能會毀壞資料，所以機器A每次向機器B傳送資料包後，都要求機器B”確認“，回傳ACK包，告訴機器A我收到了，這樣機器A才能知道資料傳送成功了。如果機器B沒有回傳ACK包，機器A會重新傳送，直到機器B回傳ACK包。客戶端最後一次向伺服器回傳ACK包時，有可能會因為網路問題導致伺服器收不到，伺服器會再次傳送 FIN 包，如果這時客戶端完全關閉了連線，那麼伺服器無論如何也收不到ACK包了，所以客戶端需要等待片刻、確認對方收到ACK包後才能進入CLOSED狀態。那麼，要等待多久呢？資料包在網路中是有生存時間的，超過這個時間還未到達目標主機就會被丟棄，並通知源主機。這稱為報文最大生存時間（MSL，Maximum Segment Lifetime）。TIME_WAIT 要等待 2MSL 才會進入 CLOSED 狀態。ACK 包到達伺服器需要 MSL 時間，伺服器重傳 FIN 包也需要 MSL 時間，2MSL 是資料包往返的最大時間，如果 2MSL 後還未收到伺服器重傳的 FIN 包，就說明伺服器已經收到了 ACK 包。
1.2、UDP協議
UDP（User Datagram Protocol， 使用者資料包協議）是一種無連線的傳輸層協議，提供面向事務的簡單不可靠資訊傳送服務，可以保證通訊效率，傳輸延時小。例如影片聊天應用中用的就是UDP協議，這樣可以保證及時丟失少量資料，影片的顯示也不受很大影響。