用TCP/IP进行网际互联 第二卷:设计、实现与内核(第三版)

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出版者:电子工业出版社
作者:(美)Douglas E.Comer
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2001-04-01
价格:52.0
装帧:简裝本
isbn号码:9787505366305
丛书系列:国外计算机科学教材系列
图书标签:
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具体描述

深入剖析网络核心:从协议栈到系统实现 本书旨在为网络工程、系统开发以及对底层网络原理有深度需求的读者,提供一本全面、深入且具有实践指导意义的著作。我们将聚焦于现代网络架构的基石——TCP/IP协议栈的设计哲学、核心算法的精妙之处,以及这些理论如何在操作系统内核中得以实现。 第一部分:协议栈的理论基石与演进 本卷开篇,我们将彻底回顾并深入剖析TCP/IP协议簇的各个层次。不同于仅停留在概念介绍的入门书籍,我们着重探讨每一层协议的设计取舍、历史沿革及其对现代网络性能的影响。 链路层与网络层间的协同: 我们将详细解析ARP、ICMP等协议在IPv4和IPv6环境下的工作机制,特别是地址解析和差错报告的细节。对于IPv6,我们将深入探讨其地址结构、邻居发现协议(NDP)取代ARP的机制,以及流标签(Flow Label)在QoS保障中的潜力与挑战。 IP路由的核心算法: 路由选择是互联网的灵魂。本书将详尽剖析静态路由与动态路由的差异。在动态路由部分,我们将着重分析距离向量(Distance Vector)协议(如RIP)的局限性,并重点阐述链路状态(Link State)协议(如OSPF)的运作流程,包括SPF算法的精确数学描述、区域划分的必要性、LSA类型的全景图解,以及路由计算的收敛过程。同时,对BGP(边界网关协议)的路由策略、AS间通信模型、路径属性的解析及其在大型互联网中的作用,也将进行细致的分解。 传输层的精妙控制: TCP作为可靠数据传输的典范,其复杂性远超一般理解。我们将用大量篇幅来解析TCP的连接管理(三次握手与四次挥手背后的状态机转移)、流量控制机制(滑动窗口协议的演进与优化)、拥塞控制算法的演变历程。从Tahoe/Reno到CUBIC、BBR等现代算法,我们将通过数学模型和数据流图,揭示它们如何平衡公平性、效率与稳定性。对于UDP,我们将探讨其在流媒体和实时应用中的适用性,以及如何通过应用层协议来弥补其无连接的缺陷。 第二部分:网络服务与应用层协议的深度探索 在打下坚实的底层基础后,本书转向实际应用中广泛使用的上层协议,探究它们如何构建起我们日常的网络体验。 DNS系统的分布式架构: 域名系统是互联网的“电话簿”。我们将剖析其层次化结构、根服务器的作用、TLD服务器的职责,以及本地解析器(Resolver)的工作流程。重点讨论DNS查询的类型(迭代与递归)、缓存机制对性能的巨大影响、区域传输(Zone Transfer)的安全与效率,以及DNSSEC在保证解析真实性方面所做的努力。 应用层协议的模式与设计: HTTP协议是万维网的基础。我们将深入研究HTTP/1.1的请求/响应模式、Keep-Alive机制的优化。随后,我们将详细解析HTTP/2的革命性改进,包括二进制分帧、头部压缩(HPACK)、多路复用(Multiplexing)如何解决队头阻塞(HOL Blocking)问题。对于新兴的HTTP/3,我们将详细阐述QUIC协议的架构,特别是它如何基于UDP构建可靠的、低延迟的连接,以及其集成TLS 1.3的优势。 网络安全的基础: 虽然本书非专门的安全书籍,但我们必须理解网络通信的保密性和完整性保障。我们将剖析TLS/SSL握手过程的每一个步骤,从证书验证到密钥交换(如Diffie-Hellman和RSA的应用),以及对称加密和消息认证码(MAC)在数据保护中的作用。 第三部分:操作系统内核中的网络实现 理论只有通过高效的内核实现,才能转化为实际的网络性能。本部分将带领读者进入操作系统的核心,理解网络协议栈是如何被映射为系统调用和内核数据结构的。 内核网络协议栈的抽象: 我们将探讨Linux内核中网络子系统的整体架构,包括套接字(Socket)接口作为用户空间与内核交互的桥梁。深入分析`struct sock`结构体及其在TCP/IP协议栈中承载的数据角色。 数据包在内核中的生命周期: 跟踪一个数据包从网络接口卡(NIC)接收(中断处理、DMA)到进入协议栈处理,再到最终交付给用户空间应用程序的全过程。反之,发送路径的逆向流程也将被详细描绘。我们将特别关注中断下半部(SoftIRQs/Tasklets)在处理网络流量中的关键作用,以及如何避免内核中不必要的上下文切换。 网络缓冲区与内存管理: 零拷贝(Zero-Copy)技术是高性能网络IO的关键。我们将分析内核如何利用`sk_buff`结构体高效地管理网络数据,并详细解读如`sendfile()`等系统调用如何绕过用户空间,直接在内核空间完成数据传输,从而显著降低CPU开销和内存拷贝次数。 TCP拥塞控制的内核实现: 实际的拥塞控制算法(如CUBIC)是如何在内核代码中实现的?我们将探究内核如何维护窗口大小、追踪RTT(往返时间)的估计值,以及何时触发慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等关键状态转移。这部分内容将侧重于代码逻辑与数据结构操作的紧密结合。 通过对以上三个维度的深入剖析,本书旨在构建一个完整的知识体系,使读者不仅理解“是什么”(协议规范),更能洞察“为什么”(设计哲学)和“如何做”(内核实现),从而具备设计、调试和优化复杂网络系统的能力。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的专业性和深度,绝对会让大多数读者感到“头皮发麻”,但同时,它也提供了一种无与伦比的洞察力。作者以极其严谨的态度,将TCP/IP协议栈的每一个组成部分都进行了细致的“解剖”。在读到TCP的可靠性保证时,我才真正理解了序号、确认应答、重传机制是如何协同工作的,以及滑动窗口是如何在高带宽、高延迟的网络中实现高吞吐量的。它甚至还详细解释了TCP的各种重传定时器策略,以及如何通过拥塞避免算法(如慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复)来动态调整发送速率,以应对网络拥塞。这些细节的深入程度,让我感觉自己仿佛在参与TCP协议的设计过程。另外,关于IP地址分配和管理的部分,也让我对IPv4地址耗尽的困境以及IPv6的优势有了更清晰的认识。它详细介绍了IPv6的地址结构、自动配置机制,以及IPv6在网络安全和路由效率方面的改进。对UDP的讲解,虽然篇幅相对较少,但其对UDP在流媒体、DNS等场景下应用的分析,以及如何基于UDP实现可靠传输的讨论,都极具启发性。这本书不是那种让你读完就能立刻应用到实践中的手册,它更像是一块需要你反复打磨的璞玉,只有投入足够的时间和精力,才能从中提炼出宝贵的知识。

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我必须承认,这本书的深度和广度是我之前遇到的其他网络书籍所无法比拟的。它就像一位耐心的老师,一步一步地将我带入TCP/IP协议栈的每一个核心细节。在讲解TCP的可靠传输机制时,它不仅仅停留在三次握合和四次挥手的表面,而是深入到如何通过序号、确认应答、重传定时器以及重传机制来保证数据的可靠性。它详细阐述了滑动窗口的原理,以及接收方如何通过累计确认和选择性确认来提高效率。更让我印象深刻的是,它对TCP拥塞控制算法的演进进行了详细的介绍,从最初的Tahoe算法,到Reno、NewReno,再到后来的CUBIC和BBR,每一种算法的策略、数学模型和性能表现都进行了深入的分析。这让我明白了在不同的网络条件下,TCP是如何通过动态调整拥塞窗口来避免网络拥塞,以及如何在高带宽、高延迟的网络中实现高效传输。此外,这本书还涵盖了许多应用层协议的设计哲学,比如HTTP、DNS、DHCP等,它们是如何利用TCP/IP提供的服务来实现各自的功能,以及它们在网络通信中的作用。例如,对DNS的解析过程、缓存机制以及区域传输的描述,让我对域名解析的效率和可靠性有了更深的认识。总而言之,这是一本需要反复研读、思考和实践的书籍。

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读完这本书,我最大的感受是,我对网络通信的理解不再停留在“知道有TCP/IP”的层面,而是上升到了“理解TCP/IP是如何工作的”的层面。它不像许多网络入门书籍那样,只罗列协议的功能和端口号,而是深入到实现细节。例如,在讨论UDP时,它不仅提到了UDP的无连接、不可靠特性,还详细解释了为什么在某些场景下UDP比TCP更适用,比如DNS查询、流媒体传输等,以及UDP头部结构的简单和高效。它还花费了不少篇幅介绍如何基于UDP实现可靠传输,这让我看到了协议设计中的权衡和灵活性。而TCP的部分,更是让我惊叹于它的健壮性和复杂性。从三次握合、四次挥手的连接建立与释放过程,到序号、确认应答、重传机制的细节,再到滑动窗口、流量控制、拥塞控制的算法演进,每一个部分都充满了智慧。尤其是当读到TCP的拥塞控制算法时,比如TCP Tahoe、Reno、NewReno和SACK(选择性确认),我才真正体会到网络工程师在应对网络拥堵、数据包丢失等问题时所付出的努力和创新的思考。它不仅仅是理论的介绍,还涉及到了一些实现上的考虑,例如TCP的窗口大小的动态调整、快重传和快恢复的触发条件等。我甚至开始思考,如果我们自己要实现一个网络协议,会遇到哪些挑战,又该如何设计。这本书要求你不仅仅是阅读,更需要思考,甚至动手去验证。

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这本书真是让人又爱又恨,它就像一位严厉的导师,毫不留情地把你扔进TCP/IP协议栈的深邃海洋,而你只能拼命地划动,希望抓住那救命稻草。当我翻开这本书,特别是第二卷,立刻被那厚重感和密密麻麻的章节标题所震撼。我本以为自己已经对网络有了些许了解,但很快发现,之前的认知不过是冰山一角。这本书的风格极其务实,不讲空洞的概念,而是直接深入到协议的每一个细节,从数据包的封装、传输,到路由选择、拥塞控制,每一个环节都剖析得淋漓尽致。让我印象最深刻的是关于TCP的可靠传输机制,不仅仅是讲了捎带确认、超时重传这些基础,更深入到各种拥塞控制算法的演变,如Tahoe、Reno、NewReno,甚至还有更高级的CUBIC和BBR。每一种算法的推导和实现思路都清晰可见,让你不得不去思考在不同的网络环境下,哪种算法能提供更好的性能。更别说那些关于数据链路层、网络层、传输层以及应用层之间协作的详细阐述,每一个层次的职责、工作方式、以及它们之间如何协同工作,都展现得一清二楚。这本书不是那种让你读完就能成为网络专家的速成手册,而是需要你沉下心来,一点一点去啃,去理解,去消化。有时你会因为一个陌生的概念而苦思冥想,有时你会因为一个巧妙的设计而豁然开朗。总而言之,它是一本让你从“知其然”变成“知其所以然”的绝佳教材,是想要深入理解网络底层原理的工程师的必备宝典,当然,也意味着你需要投入大量的时间和精力。

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这本书,尤其是其第二卷,对我来说是一次深刻的“解剖”网络的过程。它不是那种你可以轻松地在咖啡馆里翻几页的书,它需要的是一种沉浸式的学习态度。作者的写作风格极其细致,仿佛是在为每一位读者准备一份详尽的操作手册,告诉你每一个协议组件是如何被设计、实现并协同工作的。我记得在阅读关于网络层路由选择的部分时,它不仅仅提到了静态路由和动态路由的区别,更深入地探讨了距离向量路由协议(如RIP)和链路状态路由协议(如OSPF)的工作原理,包括它们如何交换路由信息、如何计算最优路径,以及它们各自的优缺点。对自治系统(AS)的概念、路由策略以及BGP(边界网关协议)在互联网骨干网中的作用,都有非常清晰的阐述。这让我明白,互联网之所以能够如此庞大而有序,离不开这些复杂而精妙的路由协议的支撑。此外,关于ICMP(Internet控制消息协议)的作用,它不仅仅是ping命令的背后支持,更包括了差错报告和查询控制等功能,以及ICMPv6在IPv6网络中的改进和扩展。这本书的每一个章节都像一个独立的研究项目,需要你投入足够的时间去理解其内在逻辑。它不会给你提供现成的代码,但它会告诉你代码应该如何组织,逻辑应该如何实现。

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当我拿到这本书,特别是第二卷,我的第一感觉是:这绝对不是一本轻松的读物。它的结构严谨,逻辑清晰,但内容的高度专业性要求我必须保持高度专注。它就像一个极其详尽的工程蓝图,将TCP/IP协议栈的每一个组件都拆解开来,然后又将它们重新组合,展示出它们之间是如何协同工作的。我特别喜欢它在讲解数据包在网络中传输的整个生命周期时,那种条分缕析的叙述方式。从应用层的数据如何被封装成段,然后段如何被封装成IP数据报,再到IP数据报如何在网络层被路由,最终如何在数据链路层被封装成帧,然后通过物理媒介传输,以及在接收端如何进行层层解封装,最后将数据交给应用层。这个过程的每一个细节,包括各种报文头部的字段含义、校验和的计算、以及地址解析协议(ARP)的工作原理,都进行了细致的描述。例如,在讲解IP地址和端口号时,它不仅仅是简单地告诉你它们是什么,更深入地探讨了IPv4的地址耗尽问题,以及IPv6的引入和演进,包括其地址结构、自动配置机制以及对现有网络的影响。此外,关于NAT(网络地址转换)的各种技术,如静态NAT、动态NAT和NAPT(网络地址端口转换),以及它们在私有网络中的应用和潜在的局限性,都得到了非常详尽的解释,让我对网络地址的分配和管理有了更深的理解。这本书的内容之详尽,让我觉得仿佛在跟随作者一起构建一个真实的TCP/IP网络。

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这本书的厚度本身就预示着它不是一本泛泛而谈的科普读物,而是一份对TCP/IP协议栈进行深度剖析的工程宝典。当我翻开第二卷,迎接我的是一个更加复杂和精密的网络世界。它在讲解数据在网络中的传输路径时,从物理层到应用层的每一个环节都进行了细致的描述。在网络层,它详细介绍了IP协议的报文格式、地址解析(ARP)的工作原理,以及路由选择算法在互联网中的应用。特别是对OSPF和BGP等路由协议的深入讲解,让我理解了互联网是如何通过分层和区域化的方式来管理庞大的路由信息的。在传输层,TCP的可靠性、有序性、连接性等特性是如何通过一系列精密的机制来实现的,这本书都进行了淋漓尽致的展现。滑动窗口的动态调整、拥塞窗口的计算和增长策略、以及各种拥塞控制算法(如Reno、NewReno、CUBIC)的演进,都让我对网络性能的优化有了更深刻的理解。我还特别喜欢它对TCP的连接管理部分,详细描述了三次握合和四次挥手过程中的状态转移,以及在各种异常情况下如何保证连接的正确终止。这本书让我意识到,我们日常使用的网络服务,背后隐藏着如此复杂的工程设计和算法实现。

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这本书,特别是其第二卷,对我而言更像是一次深入的“溯源”之旅,从最基础的网络通信原理,到复杂的协议实现细节,都得到了详尽的阐释。作者的写作风格极其深入,不放过任何一个关键的设计点。我特别喜欢它对TCP连接建立和终止过程的描述,不仅仅是三次握合和四次挥手的简单介绍,更深入到每一个状态转换的时序图和可能出现的异常情况处理。对TCP的可靠传输机制,更是进行了“骨骼式”的剖析,包括序号、确认应答、重传定时器、以及各种窗口机制的精妙设计,都让我惊叹于TCP协议的健壮性和灵活性。它还详细阐述了TCP的拥塞控制算法,从慢启动到拥塞避免,再到快重传和快恢复,每一个阶段的逻辑和目的都清晰可见。让我印象深刻的是,它对不同版本的TCP拥塞控制算法(如Tahoe、Reno、NewReno)的比较和演进过程的介绍,这让我看到了网络技术是如何在不断进步和优化的。此外,关于IP层的路由选择,它不仅介绍了静态路由和动态路由的区别,更深入地探讨了RIP、OSPF、BGP等协议的工作原理,以及它们在互联网路由中的核心作用。这本书的内容之丰富和专业,让我觉得仿佛在跟随作者一起构建一个庞大而有序的网络世界。

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这本《用TCP/IP进行网际互联 第二卷:设计、实现与内核(第三版)》可以说是对我网络知识体系进行了一次彻底的“重塑”。它不仅仅是关于TCP/IP协议的描述,更像是关于网络工程设计和实现的“方法论”。作者的写作风格非常务实,每一个概念的提出,都伴随着详实的原理推导和设计思路。我印象最深刻的是在讲解TCP的传输控制部分,它详细剖析了窗口机制的工作原理,以及如何通过窗口大小的动态调整来平衡吞吐量和网络负载。对各种拥塞控制算法的深入讲解,比如Tahoe、Reno、NewReno,让我理解了TCP是如何在不确定的网络环境中,通过反馈信号来主动规避拥塞的。它甚至还提到了早期的TCP算法,这让我看到了协议的演进过程和背后的权衡。此外,对IP路由的讲解也非常到位,不仅仅是静态路由和动态路由的区别,更深入到RIP、OSPF、BGP等协议的工作机制,以及它们在互联网中的协作方式。特别是对BGP的介绍,让我理解了互联网是如何通过跨域路由来连接全球的网络的。这本书要求你不仅仅是阅读,更需要思考,理解每一个设计决策背后的原因,以及它们对网络性能和稳定性的影响。

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这本书的篇幅和深度,足以让许多初学者望而却步,而对于我这样的开发者来说,它更像是一把双刃剑。一方面,它提供了无与伦比的深度和广度,让我得以窥见TCP/IP协议栈设计的精妙之处,以及这些设计在实际网络运行中所扮演的关键角色。比如,在讨论IP路由时,它不仅介绍了基本的路由算法,如RIP和OSPF,还深入探讨了BGP在互联网路由中的核心作用,以及路径向量协议的复杂性和优雅性。对路由表的维护、更新以及路由信息交换的细节,都有非常详尽的描述。当我阅读到关于IP分片和重组的部分时,我才真正理解了在跨越不同MTU的网络时,数据是如何被巧妙地分割和恢复的,以及其中的潜在问题和优化空间。而在传输层,TCP的流量控制和拥塞控制部分,简直是一场关于“如何在高并发、不确定性网络中保证数据稳定可靠传输”的深度探索。它详细分析了滑动窗口机制的原理,以及各种拥塞避免算法的数学模型和实现细节,比如TCP Reno是如何通过倍增回退指数和线性增长来动态调整拥塞窗口的。读到这里,我甚至能想象出在数据包丢失、延迟波动剧烈的网络环境中,TCP协议是如何通过一系列精妙的反馈机制来维持通信的稳定性的。当然,这本书的另一面是,它需要极强的耐心和扎实的基础知识。如果你没有相关背景,可能会觉得很多概念晦涩难懂,需要反复阅读和查阅资料。它不会给你提供现成的代码片段,而是引导你理解背后的逻辑,让你自己去构建知识体系。

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专注于协议实现,而屏蔽了底层实现~

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