跨地域通信与资源共享

计算机网络，作为现代通信技术与计算机技术融合的杰出产物，它通过各类通信线路将遍布全球的计算机紧密相连，构建成一个功能强大的网络系统。在这个网络中，计算机可以轻松地相互通信，实现硬件、软件和数据资源的共享。简而言之，计算机网络就是通过各种有线或无线设施连接起来的计算机集合。

网络节点与主机的定义

在计算机网络中，每一个连接的设备都被称为节点。这些节点不仅包括计算机，还涵盖了打印机、路由器、网桥、网关和哑终端等多种设备。为便于区分，本书将网络中的计算机节点特别称为“主机”，而将其他设备统称为“节点”。

网络技术通信机制

人们早已习惯了一个简单的动作——打开浏览器，输入URL地址，随后，远程Web服务器上的网页内容便如魔法般呈现在我们眼前。这一过程的背后，其实蕴含着网络编程的精髓。网络编程的核心任务之一，便是开发类似于浏览器的客户端程序和Web服务器这样的服务器端程序，确保两者能够高效、有序地交换数据，这一切所实现的基础就是TCP/IP协议，接下来我们要针对性分析

TCP/IP协议模型

传输控制协议（TCP）作为一种基于流的网络通信方式，TCP/IP模型的发展可追溯至美国国防部高级研究计划局（ARPANET）及后续的Internet。ARPANET最初仅连接了美国境内的四所大学，随后迅速扩展，通过租用电话线连接了数百所大学和政府部门。最终，它发展成为全球最具影响力的互联网——Internet。

TCP/IP模型在保持网络分层思想的基础上，进行了层次简化，并在除主机-网络层外的各层提供了全面的协议支持，形成了TCP/IP协议集。这一协议集凭借其高效性和实用性，已成为当前最受欢迎的商业化协议，并在全球范围内确立了其工业标准或“事实标准”的地位。

TCP/IP分层机制

TCP通过确保可靠递交和定序，为支持双向通信的客户与服务器之间提供了稳定的字节流通信，进而减轻了额外的操作负担。该协议在两台设备间构建了一个“虚拟连接”，使得数据流能够顺畅地通过这个连接进行传输。
TCP利用低级的通信协议（即IP协议）在设备间建立连接。这种连接为字节流的发送和接收提供了接口，同时能够透明地将数据转换为IP数据报包。当然，网络故障仍有可能影响数据的递交，但TCP通过处理重发包等问题来应对这一挑战，并且仅在出现严重情况，如无法路由到网络主机或连接丢失时，才会通知程序员。

TCP的Socket链接处理控制

两台机器之间的TCP连接是通过套接字来表示的。TCP套接字是与特定的一台机器建立的连接，而UDP套接字则可以从多台机器发送或接收数据。

其次，UDP套接字仅限于发送和接收数据包，而TCP则允许通过字节流（由InputStream和OutputStream表示）来传输数据。这些数据流在网络中传输时会被转换为数据报包，而这一过程并不需要程序员的直接干预。

TCP的优势和特性

TCP流上的数据传输相较于UDP信息包传输，具有更高的可靠性。TCP通过虚拟连接发送数据，这些数据包含校验和，以确保数据的完整性，这一点与UDP相似。但TCP的优越之处在于，它提供了数据递交的保证：若在传输过程中数据包丢失，TCP会进行重传，从而确保数据的准确送达。这种机制使得TCP在数据传输的可靠性方面显著优于UDP。

自动差错控制

当TCP通过数据报发送数据集时，会自动启动一个定时器。在TCP协议中，一旦接收方发出确认信息，该定时器就会停止。

如果在定时器设定的时间内没有收到确认，数据包将会被重新发送。这确保了通过TCP套接字写入的数据，在无需程序员进一步干预的情况下（除非遇到使整个网络瘫痪的极端情况），能够可靠地到达通信的另一端。此外，所有用于差错控制的代码处理都由TCP协议自动完成。

正确性和有序性

由于TCP连接中的数据传输是通过IP数据报实现的，这可能导致数据报包在两台通信的机器之间以乱序到达。对于从TCP套接字读取信息的程序而言，这种乱序到达可能会造成困扰，因为字节流的原本顺序可能被打乱，从而影响数据的可靠性。

TCP协议能够处理这类定序问题。每个数据报包都附带一个序列号，这个序列号用于对数据进行排序。如果后发送的数据在先发送的数据之前到达，它们将被暂时存放在队列中，直到可以确保数据的顺序性。只有当数据可以按照正确的顺序排列时，才会通过套接字接口传递给应用程序。这一机制确保了数据的正确性和有序性。

TCP的Socket使用端口在应用程序间通信

TCP这采用了通信端口的概念来区分不同的应用程序。许多服务和客户端在同一端口上运行，如果没有端口号进行区分，我们将无法识别它们。
当TCP套接字与另一台机器建立连接时，它需要两个关键信息来连接到远程终端：机器的IP地址和端口号。此外，TCP套接字还会绑定一个本地IP地址和端口号，以便远程机器能够识别是哪个应用程序建立了连接。

TCP的Socket使用端口

在TCP中，端口的概念与UDP中的端口相似，均由1至65536之间的数字来表示。其中，小于1024的端口被预留给诸如HTTP、FTP、SMTP、POP3和telnet等广为人知的服务使用。下图详细列出了一些这样的知名服务及其对应的端口号。

套接字操作

客户端 - TCP套接字具备多种功能，包括：与远程主机建立连接、向远程主机发送数据、从远程主机接收数据，以及关闭连接。
服务端 - TCP套接字还可以执行以下操作：绑定至本地端口，以接受来自远程主机的连接请求；并在完成任务后，从本地端口解除绑定。同时，它还能够接受和处理远程主机的传入连接。

这两种套接字被归入不同的类别，供客户端或服务器使用（尽管某些客户端也可以作为服务器，某些服务器也可作为客户端）。但通常的做法是将客户端和服务器进行区分。