具体描述
本书为高等学校工科电子类专业课规划教材。书中全面论述了计算机通信网(包括局域网)和综合业务数字网的分析方法和设计原理。 本书主要内容为OSI参考模型和国际标准协议描述、物理层协议、数据链路层协议、网络层协议、传送层及高层协议、信息流控制及路由选择、网络节点分析及设计、局域网概论及典型局域网介绍以及综合业务数字网概述等。 全书共十二章,每章后都附有习题。 本书可供计算机通信专业、通信专业和无线电技术专业的本科生作为专业教材,也可供从事这方面工作的科技人员参考。
编织数字世界的脉络：一部聚焦于未来计算与信息基础设施的著作 书名：数字基石：下一代计算架构与信息交换范式 作者： [此处可填写一个虚构的资深专家或研究团队的署名] --- 内容简介： 在信息技术日新月异的今天，我们正站在一个由数据洪流和智能驱动的时代门槛上。传统的计算与通信范式正面临着前所未有的挑战：摩尔定律的放缓、数据处理需求的指数级增长、对低延迟和高可靠性的不懈追求，以及安全与隐私保护的日益紧迫性。本书《数字基石：下一代计算架构与信息交换范式》并非对现有成熟体系的简单梳理，而是深入探索和前瞻性布局未来信息技术的核心领域，旨在为构建下一代数字基础设施提供理论指导和实践蓝图。 本书摒弃了对现有经典网络协议栈的冗余介绍，转而将聚光灯聚焦于那些正在重塑计算与通信边界的前沿技术和颠覆性思想。全书内容深度聚焦于计算、存储、传输的深度融合，以及新型物理层介质的应用，旨在构建一个高效、智能、可信赖的数字生态系统。 第一部分：超越冯·诺依曼：新型计算架构的演进 本部分探讨了如何突破传统集中式计算模型的瓶颈，迎接异构化、分布化和近数据处理的趋势。 第一章：后摩尔时代的计算范式转型 本章首先分析了当前高性能计算面临的功耗墙和内存墙问题。我们深入探讨了存内计算（In-Memory Computing, IMC）与近数据处理（Processing-in-Memory, PIM）的最新研究进展，重点剖析了新兴的阻变存储器（RRAM）、相变存储器（PCM）等非易失性存储器（NVM）在实现高密度和低功耗计算方面的潜力与挑战。探讨了如何通过硬件加速器（如FPGA、ASIC）的设计，实现特定工作负载（如AI推理、图计算）的极致优化，而非依赖通用CPU的迭代。 第二章：分布式计算的深度协同与联邦学习 着眼于数据主权和隐私保护的法规要求，本章详细阐述了联邦学习（Federated Learning, FL）架构的设计原则、优化算法及其在边缘侧的部署策略。我们超越了基础的参数聚合方法，深入研究了在通信受限、设备异构环境下的模型收敛性保证、安全多方计算（SMPC）与差分隐私（DP）在FL中的集成技术，构建了适应大规模物联网场景的分布式智能系统模型。 第三章：量子计算的计算模型与信息编码 本章系统地介绍了量子比特（Qubit）的物理实现、量子门操作的基础理论，以及量子纠错码（Quantum Error Correction, QEC）的关键算法。重点分析了量子退火与门模型量子计算在特定优化问题和密码破解方面的应用前景，并讨论了如何设计能够与经典高性能计算集群协同工作的混合量子-经典工作流（Hybrid Quantum-Classical Workflows）。 第二部分：信息交换的物理层突破与高维路由 本部分关注于数据传输介质和拓扑结构上的革命性变化，以应对Tbps级别的数据流需求。 第四章：光子集成与超高带宽光通信 本书详细分析了硅光子学（Silicon Photonics）在数据中心内部互连中的关键技术，包括调制器、解调器和光开关的集成工艺。重点讨论了空分复用（SDM）技术，如少模光纤（MMF）和多芯光纤（MCF），如何通过增加空间维度来打破现有波分复用（WDM）的频谱限制，并探讨了实现高效空间模式复用/解复用的实时数字信号处理（DSP）算法。 第五章：太赫兹通信与超宽带无线连接 本章将研究领域拓展至毫米波及太赫兹（THz）频段。详细阐述了在太赫兹波段进行信号产生、传输和接收所面临的大气吸收和路径损耗挑战。本书提出了一种基于大规模MIMO（Massive MIMO）与波束赋形（Beamforming）技术的混合集成阵列设计，以克服高频段的传播劣势，为实现Tbps级别的无线点对点链路提供理论基础。 第六章：软件定义网络（SDN）的下一代控制平面 本部分超越了传统的Overlay网络管理，探讨了如何将意图驱动网络（Intent-Based Networking, IBN）与网络功能虚拟化（NFV）深度融合。重点分析了基于可编程数据平面（Programmable Data Plane）技术（如P4语言）的新型交换芯片如何实现控制逻辑的动态重构，从而使网络能够实时响应应用层的性能需求，并探讨了基于强化学习的闭环网络优化机制。 第三部分：计算与通信交汇点的安全与信任构建 本书的第三部分聚焦于在高度分布式和异构化的信息环境中，如何确保数据的完整性、机密性和系统的可信赖性。 第七章：基于零信任模型的边缘安全架构 本书不采用边界防御模型，而是全面介绍零信任架构（Zero Trust Architecture, ZTA）在跨域资源访问中的应用。重点分析了微隔离（Microsegmentation）技术如何结合身份验证和上下文感知策略引擎，对每一个数据包和计算请求进行动态授权。探讨了如何利用可信执行环境（Trusted Execution Environments, TEE）（如Intel SGX, ARM TrustZone）来保护敏感数据在使用中（In-Use）的状态安全。 第八章：区块链与分布式账本技术在数据交换中的应用 本章深入分析了区块链技术在构建去中心化身份（Decentralized Identifiers, DIDs）和可验证凭证（Verifiable Credentials, VCs）方面的潜力。讨论了许可链（Permissioned Blockchains）如何在企业级数据共享场景中提供高吞吐量和可审计性，并提出了针对物联网海量设备身份管理和固件更新验证的轻量级共识机制。 第九章：信息物理系统的韧性与抗攻击设计 本章关注于对工业控制系统（ICS）和关键基础设施构成的威胁。分析了侧信道攻击（Side-Channel Attacks），如功耗分析和电磁泄露，对加密模块的威胁。本书提出了一种面向系统韧性（System Resilience）的设计方法，包括引入随机化技术（如指令混淆、时间抖动）和冗余检测机制，以提高物理世界与数字世界交互系统的鲁棒性。 --- 本书特色与受众： 《数字基石》超越了任何单一学科的界限，它是一本跨越计算机体系结构、光电子工程、无线通信理论和网络安全的高阶参考书。本书适合于致力于下一代数据中心、智能边缘计算、高速光网络部署及前沿信息系统安全研究的高级研究人员、系统架构师以及具备扎实计算机科学或电子工程背景的专业工程师。书中包含大量的数学建模、算法推导和前沿实验结果分析，为读者提供了一个深入理解和参与未来数字基础设施构建的知识体系。
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