圖解TCP/IP網路通訊協定（涵蓋IPv6）2021修訂版 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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井上直也

圖書標籤:

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• 網絡技術
• 技術入門
• 2021版

網路架構與作業係統核心原理：從底層到應用 本書旨在深入探討現代網路架構的基石，並剖析作業係統如何管理這些網路資源。內容聚焦於傳統網路協議棧的底層實現、作業係統核心層的網路介麵管理，以及應用層軟體如何與之互動，從而構成一個完整且高效能的通訊生態係統。 第一部：網路硬體與訊號層基礎 (Physical and Link Layers Revisited) 本部分將詳細解析網路數據在物理介質上傳輸的機製，重點關注乙太網路 (Ethernet) 和無線網路 (Wi-Fi) 的底層細節，而不涉及上層的IP定址或協定邏輯。 第一章：數據編碼與訊號完整性 深入探討如何在物理層麵上將數位資料轉換為可傳輸的訊號。內容涵蓋曼徹斯特編碼 (Manchester Encoding) 及更現代的線碼技術，例如 8B/10B 編碼在光纖和高速銅纜中的應用。討論訊號衰減、雜訊對數據的影響，以及如何利用均衡器和再生器維持訊號完整性。 第二章：介質存取控製 (MAC) 與衝突避免 聚焦於區域網路 (LAN) 中多個設備共享同一物理介質時的協調機製。詳細分析 CSMA/CD (載波偵聽多重存取/衝突檢測) 的運作流程，包括載波偵聽的精確時序、碰撞窗口的計算以及指數退避演算法的實施細節。同時，探討在交換式網路中，MAC 地址學習錶（CAM 錶）的建立、老化與轉發決策的內部邏輯。對於無線網路，則深入探討 CSMA/CA (衝突避免) 中 RTS/CTS 握手機製在解決隱藏終端問題上的作用，以及不同加密協議（如 WPA2/3）在鏈路層的初步整閤點。 第三章：線纜與物理拓樸 本章不討論 IP 位址分配，而是專注於物理層的介質選擇和拓樸結構的實際影響。探討雙絞線（Cat5e, Cat6A）的絞距設計如何減少串擾（Crosstalk）。分析光纖網路（多模與單模）的傳輸損耗特性、色散現象，以及不同光模組（如 SFP, QSFP）的電氣和光學介麵規範。討論星型、網狀拓樸的實際部署考量，特別是在機房環境中，對延遲和可靠性的影響。 --- 第二部：作業係統核心的網路堆疊實現 (Kernel Network Stack Internals) 本部分完全繞開應用層對 Socket API 的使用，專注於作業係統（以類 Unix 係統為例）如何從硬體接收數據幀，並將其處理、封裝並遞交給上層協議棧的內部結構。 第四章：網路設備驅動介麵與中斷處理 探討作業係統核心如何與網路介麵卡 (NIC) 進行通訊。詳述中斷請求 (IRQ) 的處理機製，以及如何透過硬體中斷消減 (Interrupt Coalescing) 技術來優化 CPU 使用率。深入研究 Ring Buffer（環形緩衝區）在描述符（Descriptor）結構中的設計，包括如何區分已傳輸與待處理數據。分析零拷貝 (Zero-Copy) 技術在 DMA（直接記憶體存取）操作中的關鍵作用，以最小化數據在核心空間與使用者空間間的移動開銷。 第五章：核心數據結構與協議處理流程 詳解作業係統核心內部用於組織網路數據的核心結構。重點分析 `sk_buff` (Socket Buffer) 結構體在 Linux 網路棧中的精妙設計，包括其頭部管理、多重鏈結列錶的運用，以及數據的動態擴展與收縮機製。追蹤一個數據包從硬體層進入核心，經過鏈路層解析、核心內建的 ARP/NDP 緩存查找、以及如何遞交至更高層協議處理單元（如 ICMP 處理程序或核心級的 TCP/UDP 模組）的完整路徑。 第六章：核心級的流量控製與擁塞避免 本章專注於核心層對傳輸速率的內部調節，而非應用層的速率限製。詳細分析核心內部實現的流量整形演算法，如令牌桶 (Token Bucket) 和漏桶 (Leaky Bucket) 在數據包排隊和發送速率控製中的具體代碼邏輯。探討作業係統如何管理發送佇列（Send Queue）和接收佇列（Receive Queue），以及在核心級別實現的緩衝區管理策略，包括記憶體池分配和過載時的數據丟棄決策標準。 --- 第三部：係統級的網路效能優化與診斷 (System-Level Performance Tuning) 本部分關注係統管理員和開發者如何通過調整核心參數和使用係統工具，來優化網路效能，但這些工具和調整參數並不直接是協定規格本身。 第七章：核心參數調優與係統調校 探討 `/proc/sys/net/` 目錄下關鍵係統參數的實際影響。例如，調整 TCP 接收窗口 (RWIN) 和發送窗口 (SNDBUF) 的上限值，如何影響長距離高頻寬網路 (Latency Bandwidth Product, LBP) 環境下的吞吐量。分析 Netfilter/IPTables 框架在核心層級的過濾規則如何影響數據包處理的延遲，並探討連接追蹤錶（Conntrack Table）的大小限製對高併發伺服器的影響。 第八章：網路診斷工具的底層原理 解析常用係統診斷工具在幕後的工作原理，而非僅僅展示命令輸齣。例如，`tcpdump`/`Wireshark` 如何透過 BPF (Berkeley Packet Filter) 介麵，在核心層級捕獲和過濾數據包，以及這個過濾過程對原始捕獲性能的影響。分析 `netstat` 命令如何查詢核心內部的各種統計結構（如 TCP 連線狀態錶、路由緩存），以及這些結構的更新頻率與係統負載的關係。 第九章：進階網路虛擬化與容器隔離 本章探討如何在單一作業係統實例內，通過核心功能實現多個獨立的網路環境。深入解析 Linux 命名空間 (Namespaces) 如何隔離網路介麵、路由錶和連接狀態，以及 Cgroups (控製組) 如何限製特定進程組可以使用的網路頻寬和連接數。討論虛擬網路介麵（如 Veth Pair）在核心層麵的建立和橋接 (Bridging) 機製，如何形成容器間或容器與外部網路的連通性。 --- 總結而言，本書提供瞭一幅從訊號進入物理網卡，經過作業係統核心的複雜數據結構處理，最終到達應用程式的詳盡藍圖，專注於底層實現細節、核心數據結構和係統效能調優的內部機製。