TCP/IP網路程式實驗與設計

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  • TCP/IP
  • 網絡編程
  • 實驗
  • 設計
  • 計算機網絡
  • Socket編程
  • 網絡協議
  • C語言
  • 實踐
  • 調試
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圖書描述

  封包的擷取是一種很實務的技術,不管是防火牆、路由器或各種入侵偵測係統,均須以其為基礎,否則縱然有高明的演算法也難以實現。本書之完成也希望為過去幾年教育部持續推行「通訊科技人纔培育先導型計畫」,對加速高科技通訊産業人纔之培育與減少産業發展人力需求之落差有所貢獻。 本書從計算機網路的運作原理到擷取乙太網路訊框與各種典型協定錶頭都有相當詳實的分析,並以C語言描述協定結構,輔以實際的應用實例且製作成程式,說明如何發送/接收封包、埠口掃描、更新ARP錶與TCP協定的連綫建立等議題。同時結閤指令格式與圖示來說明與網路相關的係統呼叫。經由書中的內容想必可以拉近讀者與網路協定的距離。

網絡通信的深度實踐:現代網絡編程的基石與前沿 一部麵嚮係統工程師、網絡架構師及高級開發者的權威指南,聚焦於理解、構建和優化下一代網絡應用。 本書並非對基礎協議棧的重復敘述,而是將焦點鎖定在如何高效、安全、大規模地利用網絡能力來解決現實世界的工程難題。它深入探討瞭現代高性能計算環境中,網絡編程所麵臨的復雜挑戰,並提供瞭從底層原理到上層框架的全麵解決方案。 第一部分:超越基礎——現代網絡架構的演進與挑戰 本部分著眼於當前雲計算、邊緣計算和大規模分布式係統對網絡提齣的新要求。我們不再滿足於“能通”的TCP/IP,而是追求“高性能、低延遲、高可靠”的網絡服務。 1. 現代網絡棧的解耦與重構: 內核旁路(Kernel Bypass)技術詳解: 深入剖析用戶空間網絡棧(如DPDK、XDP)的工作原理。探討如何繞過Linux內核協議棧,直接在應用層處理數據包,實現微秒級的延遲降低和極高的吞吐量。我們將詳細對比它們的內存管理、數據平麵加速機製,以及在不同硬件平颱上的部署策略。 eBPF在網絡控製與監測中的應用: 闡述如何利用擴展的伯剋利數據包過濾器(eBPF)框架,在不修改內核代碼的情況下,實現動態的網絡策略執行、流量整形、實時性能分析和安全審計。重點分析針對特定應用場景的eBPF程序編寫與加載流程。 RDMA與高速互聯: 考察遠程直接內存訪問(RDMA)技術,包括InfiniBand和RoCEv2,如何實現零拷貝(Zero-Copy)通信。分析其在高性能計算(HPC)和存儲網絡中的關鍵作用,並探討應用層協議(如RDMA-CM, Verbs API)的設計模式。 2. 傳輸層協議的革命: QUIC協議的深度解析與工程實踐: 詳細剖析QUIC協議,它如何結閤TLS 1.3的安全性,解決TCP的隊頭阻塞問題,並提供更快的連接建立。書中將包含基於Rust或C++實現QUIC流控製、擁塞控製算法(如BBR)的源碼級分析,以及在實際Web服務和流媒體應用中的性能調優技巧。 可靠性與確定性網絡: 探討在工業控製、金融交易等對抖動(Jitter)極度敏感的領域,如何利用時間敏感網絡(TSN)或特定協議棧,確保數據包傳輸的確定性和低延遲。 第二部分:高性能編程範式與異步I/O模型 本部分專注於在多核、高並發環境下,如何設計和實現高效的網絡服務器和客戶端。 3. 現代並發模型與I/O復用: I/O多路復用技術的演進: 對`select`, `poll`, `epoll` (Linux), `kqueue` (BSD/macOS) 進行細緻的性能對比和使用場景分析。重點闡述`epoll`的水平觸發(ET)與邊緣觸發(LT)模式對編程範式的影響。 Reactor與Proactor設計模式: 深入剖析反應器(Reactor)模式,特彆是其在Netty、libuv等主流異步框架中的具體實現。講解如何使用Proactor模型(如Windows IOCP)來優化等待I/O完成的效率。 協程(Coroutines)在網絡編程中的優勢: 介紹Go語言的Goroutine、Rust的Async/Await以及C++20協程如何簡化異步代碼的編寫,消除迴調地獄,實現同步風格的非阻塞編程。我們將構建一個基於協程的高性能HTTP服務器示例,對比其資源占用和代碼復雜度。 4. 數據序列化與傳輸效率: 零拷貝與零序列化的極緻追求: 除瞭前述的RDMA,本章聚焦於減少數據在應用層和網絡層之間的拷貝。討論零拷貝I/O(如`sendfile`)的局限性,以及如何利用內存映射文件(mmap)優化大文件傳輸。 高效序列化框架的權衡: 對比Protocol Buffers, FlatBuffers, Apache Thrift, 以及JSON的性能差異。特彆關注FlatBuffers在避免解析和拷貝,直接從緩衝區訪問數據方麵的工程優勢,並演示在跨語言通信中的應用。 第三部分:網絡應用的安全性與可觀測性 在復雜網絡環境中,安全和監控是係統穩定運行的生命綫。 5. 深度網絡安全實踐: TLS/SSL的性能優化: 探討現代TLS握手過程中的開銷,以及如何利用會話復用、0-RTT連接和硬件加速(如AES-NI)來降低加密通信的延遲。 對抗性網絡攻擊的防禦機製: 深入分析DDoS攻擊、SYN Flood、Slowloris等常見網絡攻擊的原理。介紹在網絡層(如防火牆、入侵檢測係統)和應用層(如速率限製、連接跟蹤)實現有效防禦的編程技巧。 零信任網絡架構中的認證與授權: 討論基於mTLS(相互TLS)和零信任模型(如SPIFFE/SPIRE)的服務間認證流程,以及如何在應用代碼中集成這些機製以保障東西嚮流量的安全。 6. 係統級網絡性能分析與調試: 網絡延遲的瓶頸定位: 教授如何使用係統級工具(如`perf`, `strace`, `tcpdump`的高級過濾)結閤自定義的應用程序埋點,精確測量TCP/IP協議棧中每個階段(應用處理、上下文切換、內核網絡隊列、物理傳輸)的耗時。 擁塞控製算法的可視化分析: 講解如何監測和調整操作係統級的擁塞控製算法(CUBIC, BBR),並通過流量生成工具模擬不同網絡條件,觀察應用層吞吐量的變化麯綫,從而實現針對性優化。 分布式追蹤與日誌結構化: 介紹Zipkin/Jaeger等分布式追蹤係統如何幫助開發者理解請求在微服務網絡中的完整生命周期,以及結構化日誌在故障排查中的重要性。 本書旨在提供一個實踐驅動的學習路徑,通過大量的代碼示例、架構圖和性能測試數據,使讀者能夠從理論的海洋中走齣來,直接麵對生産環境中的網絡挑戰,構建齣既快速又穩健的下一代網絡服務。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用户评价

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《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這本書,我感覺它的重點會放在“實踐齣真知”這個理念上。我一直覺得,在計算機科學領域,尤其是網絡編程,如果隻是死記硬背協議規範,那就像是在背字典,永遠無法真正掌握一門語言。所以,當我看到“實驗與設計”這幾個字的時候,我立刻覺得這可能是我一直在尋找的寶藏。我希望這本書能夠提供一套完整的學習路徑,從最基礎的 Socket API 開始,逐步引導我掌握如何在不同的操作係統上進行網絡編程。我腦海裏預設的畫麵是,書中會先講解一套基礎的 Socket 編程模型,然後通過一個個精心設計的實驗,讓我去實現各種網絡功能。比如,實現一個能夠進行多客戶端通信的服務器,一個能夠實時傳輸視頻流的客戶端,或者是一個能夠模擬DNS查詢過程的小工具。我期待這些實驗能夠足夠貼近實際開發中的場景,能夠讓我遇到並解決真實世界中可能遇到的網絡編程問題。不僅僅是寫齣能夠運行的代碼,我更希望書中能夠講解這些代碼背後的設計思想和原理。為什麼需要使用多綫程或多進程來處理並發連接?如何有效地管理大量的 Socket 連接?在設計一個網絡服務時,應該考慮哪些安全因素?這些問題都是我非常感興趣的,也是我認為一本書是否“有深度”的關鍵。如果這本書能夠在我完成實驗之後,還能提供一些關於網絡架構、協議優化、性能調優的思路和建議,那它將不僅僅是一本實驗手冊,更是一本值得反復研讀的“設計指南”。

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初次看到《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這個書名,我就感到一股撲麵而來的專業氣息,同時又帶著一種“實戰派”的魅力。我一直在尋找一本能夠讓我不僅理解TCP/IP協議的理論,更能將其轉化為實際生産力的書籍。這本書的名字,恰恰擊中瞭我的痛點——“實驗與設計”預示著它不會止步於枯燥的理論講解,而是會引導讀者深入到代碼的世界,去親手構建和打磨網絡應用。我非常期待書中能夠提供一套循序漸進的學習路徑,從最基礎的網絡概念和Socket API入手,逐步深入到TCP和UDP協議的細節。我希望它能用清晰的語言和圖示,解釋三次握手、四次揮手、滑動窗口、擁塞控製等關鍵機製,讓這些抽象的概念變得觸手可及。更重要的是,我期待它能提供大量高質量的實驗代碼,讓我能夠通過動手實踐來鞏固所學。想象一下,能夠自己編寫一個簡單的迴聲服務器,然後逐步實現一個可以進行文件傳輸的客戶端,再到一個能夠支持多人通信的聊天室,這該是多麼令人興奮的過程。我希望這些實驗不僅能教會我如何實現功能,更能讓我理解不同設計選擇背後的權衡和優劣。比如,在處理高並發連接時,多綫程、多進程和事件驅動模型各有何優缺點?如何設計一個能夠應對網絡延遲和丟包的網絡協議?如果這本書能帶我走進這些“設計”的殿堂,讓我從一個代碼的執行者,變成一個網絡應用的“架構師”,那我將覺得它價值連城。

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《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這本書,就像一位經驗豐富的工程師,在嚮你展示他建造網絡世界的藍圖。我一直對互聯網的底層運作機製感到好奇,尤其是TCP/IP協議,它是如此的普遍,卻又如此的復雜。我希望這本書能夠帶我深入到這個協議的內核,不僅僅是瞭解它的存在,更是理解它的運行原理。我期待它能夠從TCP/IP協議棧的各個層次開始,詳細地解釋每一層的功能、協議和交互方式。比如,IP層是如何尋址和路由的?TCP層是如何保證可靠傳輸和控製流量的?UDP層又是如何實現高效但不可靠傳輸的?這些理論知識如果能以一種易於理解的方式呈現,我會覺得非常欣慰。然而,我更看重的是書名中的“實驗與設計”這幾個字。我非常希望這本書能夠提供大量的實踐機會,讓我能夠親手去編寫代碼,驗證理論。我設想的場景是,從最基礎的Socket編程開始,學習如何創建客戶端和服務器,如何進行數據發送和接收。然後,可能會有更復雜的實驗,比如實現一個簡單的HTTP服務器,讓我理解Web通信的原理;或者是一個文件傳輸工具,讓我學習如何處理網絡傳輸中的各種問題。我希望這些實驗不僅能讓我學會“怎麼做”,更能讓我理解“為什麼這麼做”。在“設計”的部分,我期望能夠學到如何構建一個健壯、高效的網絡應用。比如,如何處理並發連接?如何進行錯誤處理和異常恢復?如何優化網絡性能?如果這本書能幫助我建立起一套係統化的網絡編程思維,讓我能夠獨立地去設計和實現各種網絡應用,那我絕對會把它奉為圭臬。

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《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這本書,聽起來就讓我聯想到那些在代碼世界裏摸爬滾打的歲月,充滿瞭技術挑戰和創造的樂趣。我一直對網絡通信的底層原理有著濃厚的興趣,但純理論的學習總是顯得有些乏味,直到我看到瞭“實驗與設計”這幾個字。我期待這本書能夠提供一個紮實的理論基礎,深入剖析TCP/IP協議棧的各個層次,從IP地址的分配到TCP的擁塞控製,每一個概念都能被清晰地講解。但我更期待的是,它能夠將這些理論知識轉化為可操作的代碼,通過一係列精心設計的實驗,讓我能夠親身去感受網絡通信的魅力。我設想的場景是,從最簡單的Socket編程開始,一步步學習如何建立連接,如何發送和接收數據,然後逐步過渡到更復雜的應用,比如實現一個簡單的Web服務器,讓我理解HTTP協議的交互過程,或者一個文件傳輸工具,讓我學習如何處理網絡傳輸中的各種問題。我希望這些實驗不僅僅是教會我“如何做”,更能引導我去思考“為什麼這麼做”。在“設計”的部分,我希望能夠學到如何構建一個高效、可靠的網絡應用。比如,如何處理高並發的請求?如何進行有效的錯誤處理和異常恢復?如何優化網絡性能?如果這本書能夠幫助我建立起一套係統性的網絡編程思維,讓我能夠從一個代碼的搬運工,蛻變為一個能夠獨立設計和實現各種網絡應用的開發者,那我將覺得它是一本價值連城的寶藏。

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手握《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這本書,我仿佛看到瞭通往網絡編程殿堂的階梯。我一直覺得,網絡編程是計算機科學中最具挑戰性,也最有魅力的領域之一,而TCP/IP協議則是這個領域的基石。我希望這本書能夠提供一個清晰、全麵的學習框架,帶領我從零開始,逐步掌握網絡編程的核心技術。我期待它能夠詳細地講解TCP/IP協議棧的各個組成部分,用生動形象的語言和圖例,闡述TCP和UDP協議的工作原理,以及它們在實際應用中的差異。不僅僅是理論的堆砌,我更看重的是書名中的“實驗與設計”。我希望這本書能夠提供大量的實踐項目,讓我能夠通過動手去理解和掌握這些知識。我設想的畫麵是,從編寫簡單的 Socket 程序開始,逐步實現一個能夠進行數據通信的客戶端和服務器,然後是更復雜的應用,例如一個簡單的Web服務器,或者是一個聊天應用。我希望這些實驗能夠引導我去思考,在編寫網絡程序的過程中,會遇到哪些問題?如何解決這些問題?如何設計一個更高效、更可靠的網絡程序?我尤其關注“設計”這部分,希望能夠從中學習到網絡架構的設計原則、並發處理的策略、錯誤恢復機製等等。如果這本書能夠真正教會我如何將抽象的網絡協議轉化為可執行的代碼,並能夠培養我獨立設計和實現復雜網絡應用的能力,那它將是我在網絡編程學習道路上不可多得的寶貴財富。

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《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這本書,聽名字就充滿瞭工程實踐的味道,讓我對接下來的學習充滿瞭期待。我一直認為,要真正掌握一門技術,光靠看書是遠遠不夠的,必須動手去實踐,去“玩”。這本書的“實驗與設計”幾個字,正是抓住瞭我學習的重點。我希望這本書能夠詳細地介紹TCP/IP協議棧的各個層麵,從IP地址的分配到TCP的傳輸控製,每一個環節都能有清晰的解釋。但更重要的是,我希望它能夠提供豐富的實驗案例,讓我能夠親手去搭建和驗證這些網絡協議。我腦海裏已經開始構思,通過這本書,我能夠學習如何使用Socket API來創建客戶端和服務器,如何實現不同設備之間的數據傳輸。我期待它能引導我完成一些具有實際意義的項目,比如編寫一個簡單的文件傳輸程序,讓我體會到網絡傳輸的挑戰;或者實現一個簡單的Web服務器,讓我瞭解HTTP協議的工作流程。在“設計”的部分,我希望能夠學到一些網絡編程的最佳實踐,比如如何處理並發連接,如何進行錯誤異常處理,如何保證數據的安全性和可靠性。我希望這本書能夠不僅僅是提供代碼,更重要的是能夠啓發我思考,在設計一個網絡應用時,應該從哪些方麵入手,如何做齣更優的設計選擇。如果這本書能夠成為我從一個理論學習者,蛻變為一個能夠獨立設計和實現網絡應用的開發者的重要助力,那我將非常滿意。

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這本書的名字聽起來就充滿瞭技術宅的浪漫氣息——《TCP/IP網絡編程實驗與設計》。我拿到它的時候,心裏是既期待又有點打鼓的。畢竟,TCP/IP這玩意兒,聽起來就不是那麼容易啃下來的骨頭。但是,這名字裏“實驗與設計”幾個字,立刻勾起瞭我的興趣。我一直覺得,理論知識固然重要,但沒有實際動手去實踐,就好像紙上談兵,永遠是隔靴搔癢。所以,我渴望找到一本能夠讓我從頭開始,一步步搭建起自己的網絡應用,並且深入理解其背後原理的書。這本書就像一個寶藏地圖,指引著我探索那個由數據包、端口號、三次握手構成的奇妙世界。我腦海裏已經開始勾勒齣那些在代碼編輯器裏敲擊鍵盤,看著一個個網絡請求在服務器和客戶端之間穿梭的畫麵。我想象著自己能夠寫齣屬於自己的聊天軟件,能夠搭建一個簡單的Web服務器,甚至能夠模擬一些網絡故障,然後去分析和解決問題。這種成就感,是任何枯燥的理論學習都無法比擬的。我希望這本書能夠帶我走進這個充滿創造力的領域,讓我不再是旁觀者,而是那個能夠用代碼編織網絡世界的築夢者。它應該能教會我如何將抽象的網絡協議轉化為具體的 C/C++ 或者 Java 代碼,如何處理那些可能齣現的錯誤和異常,如何在效率和穩定性之間找到平衡。我非常期待這本書能夠提供大量的示例代碼,並且這些代碼不僅僅是“能跑”,更是“易於理解”的。我希望它能解釋每一個關鍵函數的用途,每一個數據結構的含義,每一個設計模式的應用。畢竟,學習的最終目的,是為瞭能夠舉一反三,而不是被動地復製粘貼。如果這本書真的能做到這一點,那它將是我在網絡編程領域的一盞明燈。

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這本書的名字——《TCP/IP網絡編程實驗與設計》,讓我立刻聯想到那些在深夜裏,伴隨著咖啡的香氣,敲擊鍵盤,看著屏幕上數據流動的場景。這名字裏自帶一種“動手能力”的召喚,讓我覺得它不是一本僅僅停留在理論層麵的書。我期待這本書能夠非常係統地講解TCP/IP協議棧的各個細節,但更重要的是,它能夠將這些理論知識轉化為可以直接操作的“代碼”。我希望這本書能夠從最基礎的 Socket 編程開始,詳細介紹如何創建 Socket、如何綁定地址、如何監聽連接、如何接受連接、如何發送和接收數據,以及如何關閉連接。我希望這些講解能夠輔以大量的 C/C++ 或者 Java 的示例代碼,並且這些代碼應該是完整、可運行的,能夠讓我很快地搭建起一個基礎的網絡通信框架。然後,我期待書中能夠在此基礎上,設計齣一係列具有挑戰性的實驗,讓我去實現更復雜的功能。比如,一個能夠支持多人在綫聊天的即時通訊係統,一個能夠實現文件斷點續傳的下載工具,或者是一個能夠模擬網絡攻擊和防禦的實驗。這些實驗不應該隻是“完成任務”,更重要的是,它應該引導我去思考,在實現這些功能的過程中,會遇到哪些問題?如何解決這些問題?如何設計齣更高效、更健壯的網絡程序?我希望這本書能夠教會我不僅僅是“如何做”,更是“為什麼這樣做”,以及“如何做得更好”。它應該能夠幫助我培養一種“設計思維”,讓我能夠在未來獨立地去設計和實現各種復雜的網絡應用。

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《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這本書,光聽名字我就覺得它會是一本實打實的“硬核”讀物。我一直對計算機網絡的底層原理充滿瞭好奇,特彆是TCP/IP協議棧,它就像是互聯網世界的基石,所有的數據傳輸都離不開它。我希望這本書能夠深入地剖析TCP/IP協議的各個層次,從IP地址的分配到TCP的擁塞控製,每一個細節都能被清晰地解釋。然而,我更看重的是書名中的“實驗與設計”這幾個字。我深知,理論知識如果不能付諸實踐,就如同空中樓閣。所以我特彆期待這本書能夠提供大量的實踐項目,讓我能夠親手去構建和驗證這些網絡協議。我設想著,這本書會引導我從最簡單的 Socket 編程開始,逐步學習如何創建客戶端和服務器,如何進行數據交換。然後,可能會有一些進階的實驗,比如實現一個簡單的 Web 服務器,讓我瞭解 HTTP 協議的交互過程;或者是一個文件傳輸程序,讓我學習如何處理大文件和保證傳輸的可靠性。更重要的是,我希望這些實驗能夠引導我去思考“設計”的層麵。比如,在設計一個並發服務器時,應該如何選擇閤適的並發模型(多綫程、多進程、異步IO)?如何處理各種網絡異常?如何保證數據的安全性和一緻性?我希望這本書能夠不僅僅提供代碼,更重要的是能夠提供解決這些設計難題的思路和方法。如果這本書能夠成為我深入理解網絡編程,並逐步培養齣獨立設計和實現復雜網絡應用能力的關鍵,那我將覺得不虛此行。

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拿到《TCP/IP網絡編程實驗與設計》這本書,我首先被它那沉甸甸的厚度和密密麻麻的目錄所震撼。這絕對不是一本能快速翻閱的“速成”讀物,而是一本需要靜下心來,慢慢品讀,甚至反復琢磨的“武林秘籍”。我抱著學習最核心的計算機網絡通信原理的目的,對這本書寄予瞭厚望。我特彆希望它能夠深入淺齣地講解TCP/IP協議棧的各個層次,從物理層到應用層,每個層次的功能、協議以及它們之間的交互關係都能被清晰地闡述。尤其對於TCP和UDP這兩個核心協議,我希望能有詳盡的解釋,比如TCP的連接建立(三次握手)和斷開(四次揮手)過程,擁塞控製、流量控製等機製,以及UDP的無連接、不可靠特性。我期待書中能夠通過生動的比喻或者形象的圖解,將這些相對抽象的概念變得易於理解。當然,名字裏的“實驗與設計”更是我的關注點。我希望書中能提供大量的實戰案例,讓我能夠親手編寫代碼,驗證理論知識。從簡單的 Socket 編程開始,逐步過渡到實現更復雜的網絡應用,例如一個簡單的 HTTP 服務器、一個文件傳輸工具,甚至是一個即時通訊應用。我希望這些實驗能夠引導我理解網絡編程中的各種挑戰,比如並發處理、數據同步、錯誤恢復等等。同時,我也希望這本書能夠提供一些關於網絡架構設計和優化方麵的思考,幫助我不僅僅是實現功能,更能設計齣高效、穩定、可擴展的網絡係統。這本書如果能成為我學習網絡編程的“啓濛老師”,帶領我一步步從零基礎走嚮精通,那將是對我最大的幫助。

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