现代计算机网络原理与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9787561208519

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《数字之网：信息时代的信息传输基础》 导言 我们生活在一个信息爆炸的时代，数据的流动如同血液般滋养着社会的各个角落。从智能手机上瞬息万变的社交媒体动态，到支撑全球经济运转的金融交易系统，再到推动科学研究的分布式计算项目，这一切都离不开一个看不见的庞大网络——信息传输网络。本书《数字之网：信息时代的信息传输基础》并非旨在深入探讨现代计算机网络的复杂架构或精妙的设计算法，而是将目光聚焦于构成这一切的基石：信息是如何被编码、转换、封装、传输，并在目的地被重新解读的。我们将深入剖析信息在物理介质上传播的规律，理解不同传输方式的优劣，以及如何确保信息在漫长旅途中不失真、不丢失。 第一章：信息编码与表示 在数字世界里，一切皆是信息。而信息的最小单位，便是比特（bit），非0即1。本章将带领读者穿越信息编码的奇妙世界。我们将首先审视最基础的二进制表示法，理解为何这种二元逻辑能够成为数字信息的核心。随后，我们将探讨更为丰富的编码方案，例如ASCII码，它如何将字符转化为可计算的二进制序列，以及Unicode的出现如何打破了语言的壁垒，使得全球信息得以互通。 我们还将涉足信息压缩的艺术。为何文件大小可以减小？无损压缩（如Huffman编码、Lempel-Ziv算法）如何巧妙地利用数据的冗余性，在不损失任何信息的前提下实现压缩？有损压缩（如JPEG、MP3）又在哪些场景下显得尤为重要，又是如何通过牺牲部分信息来换取显著的压缩效率？理解这些编码和压缩技术，是理解信息在网络中传输效率和存储容量的关键。 此外，本章还将触及数据校验码的基础，例如奇偶校验、循环冗余校验（CRC）。这些看似简单的技术，却是保障数据完整性的第一道防线。它们如何在信息中嵌入额外的校验位，以便在接收端检测出传输过程中可能出现的错误，即使这些错误是我们尚未预料到的。 第二章：信号的物理本质与传输介质 信息要实现传输，必须将其转化为物理信号。本章将深入探讨信息的物理表现形式以及承载这些信号的介质。我们将从电信号开始，理解电压的高低如何代表0和1，以及电信号在铜线中的传播特性。探讨不同类型的铜线，如双绞线（UTP、STP）和同轴电缆，它们在传输速率、抗干扰能力和适用距离上的差异。 随后，我们将目光转向更为高速、广域的传输方式——光信号。光纤通信以其惊人的传输带宽和极低的损耗，成为了现代通信的主干。本章将解释光是如何被编码到激光脉冲中的，以及光信号在光纤中如何通过全反射进行高效传输。我们将区分单模光纤和多模光纤，理解它们在工作原理和应用场景上的区别。 我们还将简要介绍无线传输。从广播信号到Wi-Fi，无线电波、微波等电磁波如何携带信息穿越空气。理解电磁波的频率、波长与传输能力之间的关系，以及不同频段的电磁波在传输特性上的侧重点。 最后，本章将讨论不同传输介质的物理限制，如信号衰减、噪声干扰、串扰以及带宽限制。这些物理上的挑战，直接影响着信息传输的速率、可靠性和传输距离，也促使我们不断寻求更优化的编码和调制技术。 第三章：调制与解调：信息与载波的舞蹈 数字信号是离散的，而物理传输介质通常更擅长传输连续的模拟信号。调制（Modulation）技术正是连接这两者的桥梁。本章将详细阐述调制的核心原理。我们将从最基础的幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）开始，理解它们如何通过改变载波信号的幅度、频率或相位来编码数字信息。 随后，我们将进入更复杂的调制技术，如正交幅度调制（QAM）。QAM如何通过结合幅度和相位的变化，在一个载波上同时携带更多的信息比特，从而大幅提升频谱利用率？我们将揭示QAM在现代通信系统中扮演的关键角色，从Wi-Fi到移动通信，无处不在。 当然，传输到目的地后，接收到的信号需要被还原成原始的数字信息，这便是解调（Demodulation）的过程。本章将深入解析各种解调器的原理，它们如何精确地从噪声和失真的信号中提取出调制载波的特征，并将其还原为最初的数字比特流。 理解调制与解调，是理解数据如何在物理层上被有效地编码和解码，从而实现高速、可靠传输的关键。它就像一场精妙的舞蹈，将抽象的数字信息与具体的物理载波巧妙地融合在一起。 第四章：数据链路层：在节点间可靠传输 当信息被编码、调制并转化为物理信号后，下一步便是在点对点的连接上实现可靠的传输。本章将聚焦于数据链路层（Data Link Layer），它扮演着在两个直接相连的节点之间建立可靠通信的职责。 我们将首先探讨帧（Frame）的概念，即数据链路层如何将上层传递下来的数据包分割成更小的、具有边界的单元，并为每个帧添加头部和尾部信息。这些信息包括源MAC地址、目标MAC地址，以及用于错误检测的校验序列。 纠错和差错控制机制是数据链路层的重要组成部分。本章将深入讲解如何通过前述的校验码（如CRC）来检测传输错误，以及如何通过回退N帧（Go-Back-N）或选择重传（Selective Repeat）等滑动窗口协议来请求重传丢失或损坏的帧，从而确保数据的完整性。 媒体访问控制（MAC）是数据链路层处理共享传输介质的关键。对于总线型网络或无线网络，多个设备可能同时尝试访问介质。本章将介绍载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）和载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）等协议，它们如何有效地管理对共享介质的访问，最小化冲突的发生。 以太网（Ethernet）作为最广泛使用的局域网技术，其帧格式、MAC地址解析协议（ARP）以及基本的冲突检测机制，都将成为本章的重点分析对象。理解数据链路层，就是理解数据在局部网络内部如何被“打包”和“有序递送”。 第五章：网络层：信息的全球寻址与路由 一旦信息突破了局部连接的限制，就需要一个更高级别的机制来指引它穿越整个网络，直至最终目的地。本章将深入探索网络层（Network Layer），它负责实现端到端的寻址和数据包的路由。 IP地址（Internet Protocol Address）是网络层最为核心的概念。本章将详细解析IPv4和IPv6地址的结构、分配方式以及它们在网络中的唯一标识作用。我们将探讨子网划分（subnetting）的原理，以及它如何有效地管理和利用IP地址空间。 路由（Routing）是网络层最复杂的任务之一。本章将介绍静态路由和动态路由的区别。动态路由协议，如RIP、OSPF和BGP，它们如何通过交换路由信息，动态地构建和维护网络中的最优路径。我们将探讨距离矢量路由和链路状态路由这两种主流的动态路由算法。 数据包（Packet）是网络层传输的基本单元。本章将解析IP数据包的头部结构，包括版本、头部长度、服务类型、总长度、生存时间（TTL）以及源IP和目标IP地址等字段，理解这些字段如何指导数据包在网络中穿梭。 路由器（Router）作为网络层的重要设备，它们如何在网络中接收、转发和路由数据包，也将是本章的重点。理解网络层，就是理解信息如何在茫茫网络中找到自己的“家”。 第六章：传输层：可靠与高效的端到端服务 网络层提供了“尽力而为”的数据包传输服务，但很多应用需要更可靠、更高效的通信保障。本章将聚焦于传输层（Transport Layer），它在网络层之上，为应用程序提供端到端的通信服务。 TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）是传输层的两大核心协议。本章将详细对比它们的设计理念和应用场景。TCP以其可靠性著称，我们将深入分析TCP的三次握合和四次挥手过程，理解它如何通过序列号、确认应答（ACK）、流量控制（滑动窗口）和拥塞控制等机制，保证数据的按序、无损传输。 UDP则以其速度和简洁性为优势，适用于对实时性要求高但对少量数据丢失不太敏感的应用，如在线游戏、流媒体和DNS查询。本章将解释UDP的头部结构以及它为何能实现低延迟的通信。 端口号（Port Number）是传输层实现多路复用和分用（Multiplexing and Demultiplexing）的关键。本章将解释端口号如何区分同一台主机上运行的不同应用程序，以及服务器和客户端如何通过端口号建立通信连接。 理解传输层，就是理解应用程序如何获得可靠或高效的数据传输通道，是构建各种网络应用的基础。 第七章：应用层：信息交互的最终舞台 当信息历经重重关卡，抵达目的地，如何被应用程序理解和利用？本章将把目光投向应用层（Application Layer），它是用户最直接接触的网络层。 本章将介绍一些最常见和基础的应用层协议。HTTP（Hypertext Transfer Protocol）作为Web的基石，我们将剖析它的请求-响应模型，GET、POST等请求方法，以及状态码的含义，理解网页是如何被获取和展示的。 DNS（Domain Name System）作为互联网的“电话簿”，它如何将易于记忆的域名解析成IP地址，是互联网正常运作的关键。我们将探讨DNS查询的层次结构和递归查询的过程。 电子邮件相关的协议，如SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）、POP3（Post Office Protocol version 3）和IMAP（Internet Message Access Protocol），它们分别负责邮件的发送、接收和管理，我们将逐一解析它们的协同工作。 此外，本章还将简要介绍其他重要的应用层协议，如FTP（File Transfer Protocol）用于文件传输，SSH（Secure Shell）用于安全远程登录等。 理解应用层，就是理解信息在网络中如何被赋予实际的意义，并驱动着我们日常使用的各种网络服务。 结语 《数字之网：信息时代的信息传输基础》旨在提供一个清晰、深入的视角，来理解信息在现代社会中是如何被编码、转换、传输和解析的。我们从最基础的比特出发，逐步探索了编码、信号、调制解调、数据链路、网络层、传输层，直至最终的应用层。本书并非一本关于网络设备配置或网络安全策略的指南，而是致力于揭示信息传输背后最核心、最普适的原理。掌握这些基础，将有助于我们更深刻地理解数字世界的工作方式，并为进一步探索更复杂的网络技术打下坚实的基础。

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这本书的阅读体验非常具有挑战性，但正是这种挑战性，让我感觉自己真正的“动脑筋”了。它不是那种读完就能立刻应用的“速成秘籍”，它要求读者具备一定的数学基础和逻辑思维能力。在某些高级主题上，比如多播路由协议的复杂性或者网络安全中的加密算法实现细节，作者没有采取“一笔带过”的态度，而是非常坦诚地展示了其背后的数学模型和计算过程。虽然初读时需要放慢速度，甚至需要借助外部工具进行验证，但一旦攻克下来，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。这本书的深度，使得它在同类书籍中显得独树一帜。我甚至发现，一些业界顶尖的技术论坛上讨论的热点问题，这本书里早有铺垫和深入探讨。它不仅仅是在描述“现在的”网络，更是在培养读者“预见未来”网络问题的能力。对于那些追求技术深度、渴望成为领域专家的读者，这本书绝对是书架上不可或缺的重磅之作。

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这本《现代计算机网络原理与设计》的书籍，我拿在手里的时候，首先就被它厚重的质感和封面设计所吸引。我一直对网络技术抱有浓厚的兴趣，尤其是在这个万物互联的时代，对底层原理的深入了解显得尤为重要。这本书的内容编排得非常系统和深入，从OSI七层模型的基础概念讲起，逐步过渡到TCP/IP协议栈的精髓。作者在讲解复杂的路由协议，比如OSPF和BGP时，并没有止步于理论的阐述，而是结合了大量的实际案例和配置示例，这对于我这样既想了解“是什么”又想知道“怎么做”的读者来说，简直是福音。特别是关于SDN（软件定义网络）和网络虚拟化的章节，作者的见解非常前沿，让我对未来网络的发展方向有了更清晰的认识。全书的行文风格严谨又不失生动，图文并茂的解释方式大大降低了学习的门槛。我尤其欣赏它在数据包处理流程上的细致剖析，仿佛亲手拆解了一个数据包，观察它在不同层级的封装与解封装过程，这种沉浸式的学习体验是其他很多教材难以给予的。阅读这本书的过程，就像是跟随一位经验丰富的网络架构师进行了一场精妙的思维漫步，收获远超我的预期。

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说实话，我之前接触过不少网络书籍，很多都过于侧重概念的堆砌，读起来干巴巴的，读完后感觉知识点很零散，无法形成体系。然而，这本《现代计算机网络原理与设计》完全不同。它的逻辑主线非常清晰，从物理层到应用层，层层递进，知识的关联性极强。我最欣赏它在深入原理的同时，对工程实践的关注度。比如在讲解拥塞控制算法时，它不仅详细分析了经典的TCP Tahoe/Reno，还引入了CUBIC、BBR等现代算法的变种及其在不同网络环境下的适用性。这使得这本书不仅仅是一本“教科书”，更像是一本“实战手册”。我尝试着按照书中的设计思路去模拟搭建一个小型企业网的拓扑结构，书中的架构图和步骤指导简直是教科书级别的范本。作者在描述复杂技术时，会适时地加入一些比喻或者类比，让那些抽象的概念变得可视化、易于理解。对于那些希望从“会配置”跃升到“懂设计”的工程师来说，这本书提供了坚实的理论基石和前瞻性的设计视野，实属难得的宝藏。

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与其他偏向特定厂商或特定技术栈的网络书籍相比，《现代计算机网络原理与设计》展现出了一种宏大的、近乎“哲学”层面的视角。它很少直接推荐某款产品，而是聚焦于网络设计背后的基本约束、权衡取舍的艺术，以及如何在大规模分布式系统中保持一致性和可靠性。例如，在讨论数据中心网络设计时，它没有直接教你配置VXLAN，而是深入探讨了东西向流量的挑战、东西向与南北向流量的比例变化对传统三层架构的冲击，从而自然而然地引出虚拟化技术的需求。这种由“为什么”驱动的讲解方式，极大地提升了读者的设计思维上限。它教会你的不是一套固定流程，而是一套解决新问题的通用方法论。这本书更像是那位阅尽世间繁华的网络大师，在向你传授构建高效、健壮系统的底层智慧，而非仅仅是工具的使用说明书。读完之后，你会觉得自己在看待整个互联网基础设施时，都有了一种更加深刻和批判性的眼光。

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这本书的排版和视觉呈现，也为阅读增色不少。作为一本技术类书籍，清晰的图表至关重要，而《现代计算机网络原理与设计》在这方面做得非常出色。无论是协议流程图、拓扑结构示意图，还是时序图，都采用了高对比度的色彩和简洁的线条，使得信息传达效率极高。我经常发现，一些需要花费大量文字去解释的复杂交互过程，通过书中的一张图例就能瞬间明了。此外，书中对专业术语的标注和解释也做得非常到位，几乎没有出现让人摸不着头脑的生僻词汇。它给人的感觉是，作者非常体贴读者的学习过程，总是在你可能感到困惑的地方，预先准备好了视觉辅助工具。这种对细节的关注，体现了出版方和作者对高质量内容的坚持。这本书不仅是知识的载体，也是一份精美的技术参考资料，即便不是在学习状态，翻阅查阅其中的网络图示也是一种享受。

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