1.TCP协议与UDP协议

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是 TCP/IP 协议族中两种核心的传输层协议，它们在数据传输方式、可靠性、适用场景等方面有显著区别。

1、核心区别对比

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接（需先建立连接）	无连接（直接发送数据）
可靠性	可靠传输（保证数据完整、有序到达）	不可靠传输（不保证送达，可能丢失）
传输效率	较低（需处理确认、重传等机制）	较高（无额外控制开销）
数据边界	无（流式传输，需应用层处理边界）	有（以数据报为单位，一次发送一个完整报文）
拥塞控制	支持（避免网络拥堵）	不支持
首部开销	较大（固定 20 字节，可扩展）	较小（固定 8 字节）
适用场景	文件传输、网页浏览、邮件等	视频通话、实时游戏、广播等

2、TCP 协议详解

1. 核心特点：面向连接、可靠传输

连接建立：通过 “三次握手” 建立连接（类似打电话确认双方可通信）
- 客户端发送 SYN（请求连接）
- 服务器回复 SYN+ACK（同意连接）
- 客户端回复 ACK（确认连接建立）
可靠传输机制：
- 序号与确认机制：每个数据包有编号，接收方收到后需返回确认（ACK），未确认则重传
- 重传机制：发送方超时未收到确认则重传数据
- 流量控制：通过滑动窗口限制发送速率，避免接收方缓冲区溢出
- 拥塞控制：根据网络状况动态调整发送速率（慢启动、拥塞避免等算法）
连接终止：通过 “四次挥手” 关闭连接（确保双方数据都已传输完毕）

2. 工作流程示例（文件传输）

客户端向服务器发起连接请求（三次握手）
连接建立后，客户端分块发送文件数据
服务器每收到一块数据就返回确认
若某块数据丢失，客户端超时后重传
所有数据传输完成，双方通过四次挥手关闭连接

3. 优缺点

优点：数据可靠、有序，适合对准确性要求高的场景
缺点：延迟较高（握手、确认等耗时），开销大

3、UDP 协议详解

1. 核心特点：无连接、不可靠传输

无连接：发送数据前无需建立连接，直接封装数据并发送（类似邮寄信件）
不可靠：
- 不保证数据送达（无确认机制）
- 不保证顺序（数据包可能乱序到达）
- 不处理重传（丢失数据需应用层自行处理）
数据报传输：每个 UDP 报文独立发送，接收方一次读取一个完整报文

2. 工作流程示例（视频通话）

客户端直接向服务器发送视频帧数据（无需提前建立连接）
服务器收到数据后直接交给应用层处理
若部分数据包丢失，应用层可选择忽略（避免卡顿）或请求重传关键帧
通信结束无需 “关闭连接”，直接停止发送即可

3. 优缺点

优点：传输速度快、延迟低、开销小，适合实时性要求高的场景
缺点：数据可能丢失、乱序，需应用层自行处理可靠性

4、适用场景对比

协议	典型应用	选择原因
TCP	网页（HTTP/HTTPS）、文件传输（FTP）、邮件（SMTP）	需保证数据完整、准确，允许一定延迟
UDP	视频通话（如 Zoom）、实时游戏、DNS 查询、广播	需低延迟，可容忍少量数据丢失

总结:TCP就像打电话,需要先接通,建立联系,确保双方能同时接收或发送数据,而UDP更像送快递,虽然速度快,但是会有数据丢失的风险.

2.IP地址

1.IP地址的概念

IP 地址（Internet Protocol Address，互联网协议地址）是互联网中用于唯一标识网络设备（如计算机、路由器、服务器、手机等）的数字标签，相当于设备在网络中的 “门牌号码”。所有网络通信（如浏览网页、发送消息、下载文件）都依赖 IP 地址来定位目标设备，确保数据能准确从 “发送方” 传输到 “接收方”。

一、核心作用：定位与路由
IP 地址的核心功能可拆解为两点：
设备标识：在全球或局部网络中，每个设备的 IP 地址具有唯一性（同一网络内绝对唯一，全球范围内通过路由规则确保不冲突），避免数据传错目标。
路由指引：数据在网络中传输时，路由器会根据 IP 地址中的 “网络段” 信息，判断数据应转发到哪个子网，最终导向目标设备（类似快递根据 “省 - 市 - 区” 分层投递）。
二、IP 地址的两大版本：IPv4 与 IPv6
目前主流的 IP 地址分为两个版本，核心差异在于地址长度、容量和格式，本质是为解决 “地址耗尽” 问题（IPv4 地址不够用）。
对比维度 IPv4（互联网协议第 4 版） IPv6（互联网协议第 6 版）
地址长度 32 位（二进制） 128 位（二进制）
地址格式 点分十进制（如 192.168.1.1）冒分十六进制（如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）
地址容量 约 42.9 亿个（2³²），已基本耗尽约 3.4×10³⁸个（2¹²⁸），足够支撑未来百年
配置方式 需手动配置或 DHCP 自动分配支持自动配置（无状态地址自动配置 SLAAC）
安全性 无内置安全机制，需依赖 TCP 或应用层（如 SSL）内置 IPsec 协议，原生支持加密和身份验证
主流程度 目前仍广泛使用（占比超 90%）逐步推广（物联网、5G 场景优先部署）
三、IPv4 地址的结构与分类（重点）
IPv4 是目前最常用的版本，其 32 位地址分为 “网络位” 和 “主机位” 两部分：
网络位：标识设备所属的 “子网”（类似 “小区地址”）；
主机位：标识子网内的具体设备（类似 “小区内的门牌号”）。
为区分网网络位，后 8 位是主机位）。
1. IPv4 地址的分类（传统分类，便于初期管理）
IPv4 根据首段数字（第 1 个十进制数）分为 5 类，其中 A、B、C 类为 “单播地址”（用于单个设备通信络位和主机位，IPv4 通过子网掩码（Subnet Mask） 标记（如 255.255.255.0 表示前 24 位是），D 类为 “组播地址”（一对多通信，如视频会议），E 类为 “保留地址”（未公开使用）。
地址类别首段数字范围网络位长度主机位长度适用场景示例
A 类 1~126 8 位 24 位大型网络（如早期互联网主干） 10.0.0.1（私有地址）
B 类 128~191 16 位 16 位中型网络（如企业内网） 172.16.0.1（私有）
C 类 192~223 24 位 8 位小型网络（如家庭 / 办公室） 192.168.1.1（私有）
D 类 224~239 -（无分类） - 组播通信 224.0.0.1（所有主机）
E 类 240~255 - - 科研保留无公开示例
2. 特殊 IPv4 地址（需重点记忆）
回环地址（Loopback Address）：127.0.0.1~127.255.255.254，用于设备 “自身测试”（如浏览器访问 127.0.0.1 可测试本地服务器是否正常），数据不会发送到外部网络。
私有地址（Private Address）：仅用于内网通信，无法直接访问互联网（需通过路由器的 NAT 技术转换为公网 IP），避免公网地址浪费。常见私有地址段：
A 类：10.0.0.0~10.255.255.255
B 类：172.16.0.0~172.31.255.255
C 类：192.168.0.0~192.168.255.255（家庭路由器默认网段多为此类，如 192.168.1.1）
广播地址（Broadcast Address）：子网内 “所有设备” 的地址（如子网 192.168.1.0/24 的广播地址是 192.168.1.255），发送到该地址的数据会被子网内所有设备接收。
四、IP 地址的获取方式
设备不会天生拥有 IP 地址，需通过以下方式获取：
静态配置（Static IP）：手动在设备（如服务器、打印机）上设置 IP 地址、子网掩码、网关等参数，适合需要固定地址的场景（如网站服务器，确保用户能稳定访问）。
动态配置（Dynamic IP）：通过DHCP 协议（动态主机配置协议） 自动获取地址，由路由器或 DHCP 服务器分配临时 IP（租期通常几小时到几天），到期后可重新分配。家庭手机、电脑等设备默认使用此方式，无需手动设置。
五、公网 IP 与内网 IP 的区别
这是实际使用中最易混淆的概念，核心差异在于 “是否能被互联网直接访问”：
公网 IP：由运营商（如联通、电信）分配的 “全球唯一地址”，可直接被互联网上的其他设备访问（如网站服务器的 IP 202.108.22.5，任何人都能通过该地址访问百度）。
内网 IP：仅用于局域网（如家庭 WiFi、公司内网）的私有地址（如 192.168.1.100），无法被互联网直接访问。内网设备要访问互联网，需通过路由器的NAT 转换（将内网 IP 转换为公网 IP），类似 “小区所有住户共用一个大门牌号”。

对比维度	IPv4（互联网协议第 4 版）	IPv6（互联网协议第 6 版）
地址长度	32 位（二进制）	128 位（二进制）
地址格式	点分十进制（如 `192.168.1.1`）	冒分十六进制（如 `2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334`）
地址容量	约 42.9 亿个（2³²），已基本耗尽	约 3.4×10³⁸个（2¹²⁸），足够支撑未来百年
配置方式	需手动配置或 DHCP 自动分配	支持自动配置（无状态地址自动配置 SLAAC）
安全性	无内置安全机制，需依赖 TCP 或应用层（如 SSL）	内置 IPsec 协议，原生支持加密和身份验证
主流程度	目前仍广泛使用（占比超 90%）	逐步推广（物联网、5G 场景优先部署）

地址类别	首段数字范围	网络位长度	主机位长度	适用场景	示例
A 类	1~126	8 位	24 位	大型网络（如早期互联网主干）	`10.0.0.1`（私有地址）
B 类	128~191	16 位	16 位	中型网络（如企业内网）	`172.16.0.1`（私有）
C 类	192~223	24 位	8 位	小型网络（如家庭 / 办公室）	`192.168.1.1`（私有）
D 类	224~239	-（无分类）	-	组播通信	`224.0.0.1`（所有主机）
E 类	240~255	-	-	科研保留	无公开示例

总结:

3. socket套接字

在网络编程中，socket() 函数是创建套接字（Socket）的核心接口，用于初始化一个网络通信端点.

1. socket () 函数的核心作用
socket() 函数用于创建一个套接字对象，该对象是后续网络通信（如连接、发送、接收数据）的基础。调用后会返回一个套接字描述符（或对象引用），后续操作都通过这个描述符进行。
2. socket()函数的四个参数
import socket
# socket.socket 一共四个参数：
# 第一个参数：地址族，AF_INET表示使用IPv4协议，AF_INET6表示使用IPv6协议
# 第二个参数：套接字类型，SOCK_STREAM表示流式套接字，SOCK_DGRAM表示数据报式套接字
# 第三个参数：协议，一般不用设置，默认为0。也可以指定
# 第四个参数：本地地址，一般不用设置，默认为None。
# 第一个参数
# AF_UNIX（Adress Family，即地址族 unix）
# AF_INET（Adress Family，即地址族 internet）
# AF_INET6 用于 IPv6 地址(未来也许会用到)
# AF_BLUETOOTH 用于蓝牙地址
# AF_CAN 用于 CAN 总线地址
# 第二个参数
# SOCK_STREAM（Socket Type，即套接字类型，流式套接字）
# SOCK_DGRAM（Socket Type，即套接字类型，数据报式套接字）
# 第三个参数(2种示例)
# TCP（Transmission Control Protocol，即传输控制协议）
# SOCK_STREAM（Socket Type，即套接字类型，流式套接字）
# 协议：TCP
_tcp = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM,socket.IPPROTO_TCP)
# UDP（User Datagram Protocol，即用户数据报协议）
# SOCK_DGRAM（Socket Type，即套接字类型，数据报式套接字）
# 协议：UDP
_udp = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM,socket.IPPROTO_UDP)

4. TCP通信

1.TCP单向通信(一个发一个收)

1.TCP服务器代码

import socketif __name__ =='__main__':server_socket =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)host ='127.0.0.1'port =8888server_socket.bind((host,port))server_socket.listen(5)client_socket,arrr =server_socket.accept()while True:data = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')print(f"Receive from client: {data}")if data =="exit":message =="exit"client_socket.send(message.encode('utf-8'))breakelif data =="?":message ="你在?什么"client_socket.send(message.encode('utf-8'))else:client_socket.send('0'.encode('utf-8'))client_socket.close()server_socket.close()print("Server has stopped")

2. TCP客户端代码

import socketif __name__ =='__main__':client_socket =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)host ="127.0.0.1"port =8888client_socket.connect((host,port))while True:message =input("请输入:")client_socket.sendall(message.encode('utf-8'))mag =client_socket.recv(1024)if mag != b'0':print('对方发送的信息:',mag.decode('utf-8'))if message=="exit":breakclient_socket.close()

代码解析:

我们这里需要开两个不同的终端,保证两个终端能够建立起链接,这里两个终端各自有自己的任务

服务器：启动后监听本地 8888 端口，等待客户端连接。连接建立后，接收客户端发送的消息，并根据消息内容做出响应：
- 收到 "exit" 时，断开连接并停止服务
- 收到 "?" 时，回复 "你在？什么"
- 收到其他消息时，回复 "0"
客户端：连接到服务器后，可循环输入消息发送给服务器，同时接收服务器的响应，输入 "exit" 时断开连接

2.TCP双向通信(可以互相发送和接收)
注意:如果要实现双向通信是需要用到多线程的

1.TCP服务端代码

'''
1, 并发通信,实现多个客户端连接服务器
2, 实现全双工通信,服务端与客户端可以同时接收发数据
'''
import os
import signal
import socket
import threadingdef handle_signal(signum, frame):print('received signal {}'.format(signum))exit(0)#接收线程
def recv_data(socket):while True:recv_buffer = socket.recv(1024).decode('utf-8')if not recv_buffer:print('client is quit!')print(f'recv data from client: {recv_buffer}')if recv_buffer == 'exit':print('received exit from client')break#发送线程
def send_data(socket):while True:message = input('please input your message:')socket.send(message.encode('utf-8'))if message == 'exit':os.kill(os.getpid(), signal.SIGTERM)if __name__ == '__main__':#1, 创建socketserver_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)#2, 绑定端口host = socket.gethostname()port = 5002server_socket.bind((host, port))#3, 监听server_socket.listen(5)print('server is starting....., waiting for a connection')#4, 接收客户端连接client_socket, addr = server_socket.accept()print('Got connection from', addr)#4, 创建2个线程实现与客户端通信recv_thread = threading.Thread(target=recv_data,args=(client_socket,))send_thread = threading.Thread(target=send_data,args=(client_socket,))recv_thread.start()send_thread.start()# 4, 注册一个信号signal.signal(signal.SIGTERM, handle_signal)#5, 等待线程结束recv_thread.join()send_thread.join()#6, 关闭套接字server_socket.close()client_socket.close()

2.TCP客户端代码

'''
客户端
'''
import os
import socket
import threading
import signal#1, 接收线程
def recv_data(socket):while True:recv_buffer = socket.recv(1024).decode('utf-8')if not recv_buffer:print('server is quit!')breakprint(f'recv data from server {recv_buffer}')if recv_buffer == 'exit':print('received exit from server')# 终止进程os.kill(os.getpid(), signal.SIGTERM)#2, 发送线程
def send_data(socket):global recv_thread_flagwhile True:send_buffer = input('please input your data: ')socket.send(send_buffer.encode('utf-8'))if send_buffer == 'exit':#终止进程os.kill(os.getpid(), signal.SIGTERM)def handle_signal(signum, frame):print('received signal {}'.format(signum))exit(0)if __name__ == '__main__':#1, 创建socketclient_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)#2, 建立连接host = '127.0.0.1'port = 5002client_socket.connect((host, port))#3, 创建2个线程实现与server端通信recv_thread = threading.Thread(target=recv_data,args=(client_socket,))send_thread = threading.Thread(target=send_data,args=(client_socket,))#4, 注册一个信号signal.signal(signal.SIGTERM,handle_signal)#4, 等待线程结束recv_thread.start()send_thread.start()#5, 关闭socketrecv_thread.join()send_thread.join()#6, 关闭套接字client_socket.close()

代码解析:
我们这里需要开两个不同的终端,保证两个终端能够建立起链接,这里两个终端各自有自己的任务,与上面相比就是多了线程的部分,然后要实现不同设备之间的通信也是如此,还需要修改IP地址即可建立连接,如果使用公网的情况下,可能会造成无法连接的情况,这个时候我们可以让两个设备链接到同一个手机热点上,再绑定IP地址.