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出版者:清华大学

作者:贺雪晨

出品人:

页数:124

译者:

出版时间:2008-2

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787302169079

丛书系列:

图书标签:

• 多媒体技术
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• 计算机技术

计算机网络与分布式系统实践指南 本书导读：构建高效、可靠的网络与分布式应用 在当今信息技术飞速发展的时代，计算机网络和分布式系统已成为支撑现代计算环境的基石。从支撑全球互联网运行的基础协议，到构建大规模、高并发应用的复杂架构，对这些底层技术的深刻理解和精湛实践能力，是每一位网络工程师、系统架构师和软件开发人员必备的核心技能。 本书《计算机网络与分布式系统实践指南》，旨在为读者提供一个从理论到实践的全面、深入的学习路径。我们摒弃了传统教材中过于抽象和冗长的理论堆砌，而是聚焦于工程实践中真正需要的知识点，通过大量的案例分析、真实环境配置和代码示例，帮助读者建立起对网络通信机制和分布式系统设计哲学的直观认知。 --- 第一部分：深度剖析计算机网络基础与高级协议（深入理解通信的本质） 本部分将带您穿越 OSI 七层模型与 TCP/IP 协议簇的每一个层面，深入剖析数据如何在复杂的网络环境中高效、可靠地传输。 第一章：网络基础：从比特到数据包的旅程 物理层与数据链路层实战：不仅仅是理解 MAC 地址和冲突域，我们将详细讲解以太网帧的结构、VLAN 的划分与配置，以及如何利用 Wireshark 捕获和分析实际的链路层数据，识别潜在的错误和效率瓶颈。 网络层核心：IP 寻址与路由：深入探讨 IPv4 的子网划分（VLSM/CIDR）在实际企业网络规划中的应用。重点讲解静态路由、OSPFv2/EIGRP 动态路由协议的配置、邻居建立过程、链路状态数据库的维护，以及路由策略的优化，确保数据包能以最优路径送达目的地。 ARP 协议的细微之处：分析 ARP 缓存的动态更新机制、免费 ARP 的用途，以及如何防范 ARP 欺骗攻击。 第二章：传输层：TCP 的可靠性与 UDP 的效率权衡 TCP 三次握手与四次挥手的底层机制：通过 Socket 编程的视角，观察连接的建立与终止过程。深入分析 TCP 的状态机转换，以及 TIME_WAIT 状态对系统资源的影响。 拥塞控制算法的演进与调优：详解 Tahoe, Reno, CUBIC 等核心拥塞控制算法的工作原理。在 Linux 环境下，演示如何通过 `sysctl` 参数调整 TCP 缓冲区大小、拥塞窗口初始值，以适应不同的网络带宽和延迟特性（如高带宽长距离网络）。 流量控制与滑动窗口：精确计算发送窗口和接收窗口，理解零窗口探测的机制，以及如何避免发送方因等待确认而停滞。 UDP 的应用与优化：探讨 QUIC 协议如何结合 UDP 提升传输效率和多路复用能力，并讨论在实时音视频流中设计可靠应用层协议的思路。 第三章：应用层协议的深度解析与定制 HTTP/1.1, HTTP/2, HTTP/3 (QUIC)：对比分析三代 HTTP 协议在头部压缩、多路复用、连接管理上的核心差异。实践中如何配置 Nginx/Apache 实现连接复用和 HTTP/2 升级。 DNS 解析的完整流程：从客户端发起递归查询到服务器返回权威记录的全过程追踪。讲解 DNSSEC 的工作原理以及在故障转移中 CNAME 与 A 记录的优先级考量。 安全套接层（SSL/TLS）握手实战：详细拆解 TLS 1.3 的简化握手过程，包括密钥交换算法（如 ECDHE）的选择、证书链的验证，以及前向保密性的实现。我们将使用 OpenSSL 工具包进行证书签名与服务配置。 --- 第二部分：分布式系统的核心挑战与工程实践（构建可扩展的系统） 本部分聚焦于将网络知识应用于构建大型、健壮的分布式系统，重点解决一致性、容错性、扩展性等工程难题。 第四章：分布式系统基石：时间、状态与一致性模型 时钟同步与网络延迟的挑战：探讨现实世界中原子钟的局限性，深入分析 NTP 和 PTP 协议在精确授时中的作用。介绍 Google 的 TrueTime 概念及其在分布式事务中的应用限制。 CAP 定理与 PACELC 权衡：不仅仅是理论阐述，我们将通过分析 Cassandra、ZooKeeper、Redis Cluster 三种不同策略的系统，来展示如何在可用性（A）与一致性（C）之间做出取舍。 强一致性与最终一致性：详细解读 Paxos 算法（或其简化版 Raft 算法）在领导者选举、日志复制中的决策过程。通过动手实现一个简化的 Raft 状态机，体会如何保证日志顺序和状态同步。 第五章：分布式数据存储与事务处理 分布式锁的陷阱与解决方案：对比 ZooKeeper 的临时顺序节点锁、Redis 的 Redlock 算法（及其争议），以及基于数据库的乐观锁，分析它们在性能和安全性上的优缺点。 分布式事务：两阶段提交（2PC）与补偿机制：分析 2PC 在性能和阻塞问题上的局限性。重点讲解 Saga 模式（长事务补偿机制）在微服务架构中的实际应用，包括如何设计幂等性操作和回滚策略。 NoSQL 数据库的扩展策略：深入研究分片（Sharding）的关键策略，如基于哈希、范围和目录的分片方法。讨论数据热点问题及其解决路径，如一致性哈希的应用。 第六章：高性能服务架构与容错设计 负载均衡器的进化：从 L4（网络层）的轮询到 L7（应用层）的会话保持、健康检查。实战配置 Nginx/HAProxy 实现基于请求内容（如 URL 路径）的智能路由。 服务发现与注册机制：分析基于 DNS、客户端负载均衡（如 Ribbon）、服务注册中心（如 Consul、Eureka）的工作流。 容错与隔离：断路器模式（Circuit Breaker）：详述 Hystrix/Resilience4j 等库如何通过熔断、降级、限流保护系统，防止故障在服务间扩散。我们将设计一个模拟链式调用，演示断路器激活的完整生命周期。 消息队列在异步处理中的角色：探讨 Kafka/RabbitMQ 在削峰填谷、解耦服务中的作用。重点分析消息的顺序保证、重复消费问题（Exactly-Once 语义的实现挑战）。 --- 学习目标与读者对象 本书内容严谨，案例丰富，适合具备一定编程基础（如 Python/Go/Java）和网络基础知识的读者。通过本书的学习，读者将能够： 1. 诊断复杂网络问题：熟练使用抓包工具和系统命令，定位应用层到网络层的延迟和丢包根源。 2. 设计高可用架构：理解分布式系统中的一致性挑战，并能根据业务需求选择合适的共识算法和数据复制策略。 3. 优化系统性能：掌握 TCP/IP 协议栈的内核参数调优技巧，提升应用的网络传输效率。 4. 构建健壮的微服务：在实际项目中落地服务发现、断路器、分布式事务等关键技术。 本书的价值在于“实践”：每一个理论知识点都伴随着可复现的配置脚本、代码片段或故障排查案例，确保读者将知识转化为解决实际工程问题的能力。

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