软件开发新手入门五大核心技能之计算机基础常识（五）

2026-05-30 158

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简介： 教程来源 http://vbzcj.cn/ 本章系统讲解网络与数据库核心知识：涵盖OSI/TCP/IP模型、IP/端口、TCP三次握手/四次挥手、HTTP协议、DNS解析；以及SQL基础、索引优化、ACID事务、NoSQL（如Redis）等，理论结合Python实战示例。

第五章网络基础 —— 让程序互联

5.1 OSI 七层模型与 TCP/IP 四层模型

TCP/IP 四层模型（实际使用）：

应用层（HTTP、DNS、SSH）

传输层（TCP、UDP）

网络层（IP）

网络接口层（以太网）

5.2 IP 地址与端口
IPv4 地址： 32 位，点分十进制，如 192.168.1.1。分为 A/B/C/D/E 类，私有地址范围：

10.0.0.0 ~ 10.255.255.255

172.16.0.0 ~ 172.31.255.255

192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

端口： 0~65535，0-1023 为系统保留（如 80 HTTP, 443 HTTPS, 22 SSH, 3306 MySQL）。

# Linux 查看端口监听
netstat -tuln
ss -tuln

# 测试端口连通
telnet google.com 80
nc -zv google.com 80

5.3 TCP 三次握手与四次挥手
三次握手建立连接：

Client -> SYN (seq=x) -> Server

Server -> SYN+ACK (seq=y, ack=x+1) -> Client

Client -> ACK (seq=x+1, ack=y+1) -> Server

# 使用 socket 模拟 TCP 客户端
import socket

# 创建 socket
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 连接服务器（发起三次握手）
client.connect(('www.baidu.com', 80))

# 发送 HTTP 请求
request = b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\n\r\n'
client.send(request)

# 接收响应
response = client.recv(4096)
print(response[:100])  # 打印前100字节

# 关闭连接（四次挥手）
client.close()

四次挥手断开连接：

Client -> FIN -> Server

Server -> ACK -> Client (半关闭)

Server -> FIN -> Client

Client -> ACK -> Server

TCP 与 UDP 对比：

# UDP 客户端示例
import socket

udp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
udp_client.sendto(b'Hello UDP', ('8.8.8.8', 53))  # DNS 服务器
data, addr = udp_client.recvfrom(1024)
print(data)

5.4 HTTP 协议基础
HTTP（超文本传输协议）是 Web 的基石。请求/响应模型，无状态。

HTTP 请求结构：

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
(空行)
[可选的请求体]

HTTP 响应结构：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Content-Length: 1234
(空行)
<html>...</html>

常见状态码：

用 Python 启动一个简单的 HTTP 服务器：

# 极简 HTTP 服务器（Python 内置）
# 在终端执行: python -m http.server 8000

# 自定义 HTTP 服务器
from http.server import HTTPServer, BaseHTTPRequestHandler

class MyHandler(BaseHTTPRequestHandler):
    def do_GET(self):
        self.send_response(200)
        self.send_header('Content-type', 'text/html')
        self.end_headers()
        self.wfile.write(b'<h1>Hello, World!</h1>')
        self.wfile.write(f'<p>Path: {self.path}</p>'.encode())

    def do_POST(self):
        content_length = int(self.headers['Content-Length'])
        post_data = self.rfile.read(content_length)
        self.send_response(200)
        self.end_headers()
        self.wfile.write(b'Received: ' + post_data)

server = HTTPServer(('localhost', 8080), MyHandler)
print('Server running on http://localhost:8080')
server.serve_forever()

5.5 DNS 域名解析
将域名（如 www.google.com）转换为 IP 地址。

# 使用 nslookup 查询
nslookup www.google.com

# 使用 dig 获取详细信息
dig www.google.com

# 查看本地 hosts 文件
cat /etc/hosts   # Linux/macOS
type C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts   # Windows

# Python DNS 解析
import socket

# 域名解析
ip = socket.gethostbyname('www.github.com')
print(f"github.com -> {ip}")

# 获取完整信息
info = socket.gethostbyname_ex('www.github.com')
print(info)  # (hostname, alias_list, ip_list)

# 反向解析
hostname = socket.gethostbyaddr('8.8.8.8')
print(hostname)  # ('dns.google', [], ['8.8.8.8'])

第六章数据库基础 —— 持久化与查询

6.1 关系型数据库与 SQL
关系型数据库基于表和关系，使用 SQL（结构化查询语言）。

SQL 分类：

DDL（数据定义语言）：CREATE, ALTER, DROP

DML（数据操作语言）：SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE

DCL（数据控制语言）：GRANT, REVOKE

建表与约束：

-- 创建学生表
CREATE TABLE students (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(50) NOT NULL,
    age INT CHECK (age >= 0 AND age <= 150),
    email VARCHAR(100) UNIQUE,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 创建课程表
CREATE TABLE courses (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    title VARCHAR(100) NOT NULL,
    credits INT DEFAULT 3
);

-- 创建选课表（多对多关系）
CREATE TABLE enrollments (
    student_id INT,
    course_id INT,
    grade DECIMAL(3,2),
    PRIMARY KEY (student_id, course_id),
    FOREIGN KEY (student_id) REFERENCES students(id) ON DELETE CASCADE,
    FOREIGN KEY (course_id) REFERENCES courses(id) ON DELETE CASCADE
);

常用 SQL 查询：

-- 基本查询
SELECT * FROM students;
SELECT name, age FROM students WHERE age > 18 ORDER BY age DESC;

-- 聚合函数
SELECT COUNT(*), AVG(age), MAX(age), MIN(age) FROM students;

-- 分组查询
SELECT age, COUNT(*) FROM students GROUP BY age HAVING COUNT(*) > 1;

-- 多表连接（INNER JOIN）
SELECT s.name, c.title, e.grade
FROM students s
JOIN enrollments e ON s.id = e.student_id
JOIN courses c ON c.id = e.course_id;

-- 子查询
SELECT name FROM students 
WHERE id IN (SELECT student_id FROM enrollments GROUP BY student_id HAVING COUNT(*) >= 3);

-- 分页
SELECT * FROM students LIMIT 10 OFFSET 20;

6.2 索引的原理与使用
索引类似书的目录，可以加速查询但会降低写入性能。

B+ 树索引（InnoDB 默认）：

-- 创建单列索引
CREATE INDEX idx_name ON students(name);

-- 创建复合索引（注意列顺序）
CREATE INDEX idx_age_name ON students(age, name);

-- 唯一索引
CREATE UNIQUE INDEX idx_email ON students(email);

-- 查看索引
SHOW INDEX FROM students;

-- 删除索引
DROP INDEX idx_name ON students;

索引失效场景：

-- 在索引列上使用函数
SELECT * FROM students WHERE YEAR(created_at) = 2024;  -- 索引失效

-- 隐式类型转换
SELECT * FROM students WHERE phone = 13800138000;  -- phone 是 varchar，索引失效

-- 使用 LIKE 以通配符开头
SELECT * FROM students WHERE name LIKE '%张三';  -- 索引失效

-- OR 条件中只要有一列无索引，全表扫描
SELECT * FROM students WHERE id = 1 OR age = 20;  -- age 无索引则全表

-- 复合索引不满足最左前缀
-- 对于 idx_age_name (age, name)
SELECT * FROM students WHERE name = '张三';  -- 索引失效

6.3 事务与 ACID
事务是一组 SQL 操作的逻辑单元，要么全部成功，要么全部失败。

事务隔离级别（从低到高）：

READ UNCOMMITTED：脏读、不可重复读、幻读都可能

READ COMMITTED：避免脏读（PostgreSQL 默认）

REPEATABLE READ：避免脏读和不可重复读（MySQL 默认）

SERIALIZABLE：避免所有并发问题，性能最差

-- MySQL 事务示例
START TRANSACTION;

UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;

-- 检查约束
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;
-- 如果余额为负数，回滚
ROLLBACK;

-- 否则提交
COMMIT;

-- 设置隔离级别
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

演示脏读、不可重复读、幻读：

-- 脏读（隔离级别 READ UNCOMMITTED）
-- 事务A： UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
-- 事务B： SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 读到未提交的修改
-- 事务A： ROLLBACK;  -- 事务B 读到脏数据

-- 不可重复读（READ COMMITTED 下可能发生）
-- 事务A： SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 100
-- 事务B： UPDATE accounts SET balance = 200 WHERE id = 1; COMMIT;
-- 事务A： SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 200，前后不一致

-- 幻读（REPEATABLE READ 下可能发生）
-- 事务A： SELECT COUNT(*) FROM students WHERE age > 18;  -- 5
-- 事务B： INSERT INTO students (name, age) VALUES ('new', 19); COMMIT;
-- 事务A： SELECT COUNT(*) FROM students WHERE age > 18;  -- 6，新增一行（幻影）

6.4 NoSQL 简介
NoSQL 适用于大规模数据、高并发、灵活模式的场景。

# Redis 示例（Python）
import redis

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

# 字符串
r.set('key', 'value')
print(r.get('key'))  # b'value'

# 哈希
r.hset('user:1', mapping={'name': 'Alice', 'age': 25})
print(r.hgetall('user:1'))  # {b'name': b'Alice', b'age': b'25'}

# 列表（可用作队列）
r.lpush('queue', 'task1', 'task2')
print(r.rpop('queue'))  # b'task1'

# 设置过期时间（秒）
r.setex('temp', 10, 'expire soon')

来源：
http://uklgy.cn/

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第五章网络基础 —— 让程序互联

第六章数据库基础 —— 持久化与查询

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