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出版者:博碩

作者:萩野純一郎

出品人:

页数:0

译者:賴虹燕

出版时间:2004年08月23日

价格:NT$ 420

装帧:

isbn号码:9789575277277

丛书系列:

图书标签:

• IPv6
• 网络编程
• 网络协议
• TCP/IP
• 套接字
• Linux
• Windows
• 网络安全
• 路由
• 网络技术

深入浅出的网络编程指南：现代应用开发者的必备工具箱 本书旨在为网络编程领域的初学者和有一定经验的开发者提供一个全面、实用的技术指南。它聚焦于构建稳定、高效、安全的新一代网络应用所需的核心概念、编程范式与最佳实践。 --- 第一部分：网络基础与协议栈的现代视角 本书的开篇将带领读者系统地回顾和深化对网络基础知识的理解，但视角将完全侧重于面向现代应用开发和性能优化的实践需求。我们不会仅仅停留在OSI或TCP/IP模型的理论层面，而是将重点放在数据包如何在现代操作系统内核中流动，以及应用层如何与之高效交互。 1.1 重新审视TCP/IP栈：从内核到用户空间 本章将深入探讨网络协议栈的用户空间与内核空间的交互机制。我们将分析主流操作系统（如Linux、FreeBSD）的网络堆栈实现细节，特别是socket API在不同系统中的细微差别和优化点。读者将学习到： Zero-Copy技术：如何通过`sendfile()`, `splice()`等系统调用，最大程度减少数据在内核缓冲区和用户缓冲区之间不必要的拷贝，从而提升I/O吞吐量。 中断处理与软中断：理解网络驱动层面的中断对应用性能的影响，以及内核如何使用软中断来平衡延迟和吞吐量。 缓冲区管理：深入探究TCP接收窗口（RWIN）和发送缓冲区（SNDBUF）的动态调整机制，并讨论如何通过`sysctl`或`/proc`文件系统进行优化配置，以适应高带宽低延迟或高延迟大带宽的应用场景。 1.2 传输层协议的精细控制 除了对TCP和UDP基础原理的概述，本部分将重点讲解如何在应用层面“驯服”这些协议，以适应特定业务需求： TCP拥塞控制算法（Congestion Control）：详细剖析CUBIC、BBR等现代拥塞控制算法的工作原理。我们将提供实际的代码示例，演示如何在应用启动时选择或甚至动态切换拥塞控制算法，以优化云环境或特定链路条件下的传输性能。 TCP性能调优实践：涵盖TIME_WAIT、CLOSE_WAIT状态的合理管理，TCP Keepalive的参数选择，以及如何利用`TCP_NODELAY`（Nagle算法禁用）等Socket选项来平衡延迟和效率。 UDP的可靠性构建：对于那些需要UDP的低延迟特性但又要求一定可靠性的应用（如游戏、实时媒体流），本章将指导读者如何使用QUIC等基于UDP的现代化协议框架，或自行设计应用层可靠性机制（如序列号、确认机制）。 第二部分：高性能网络编程范式与实践 现代网络应用的核心挑战在于如何高效地处理数以万计的并发连接。本部分将从I/O多路复用技术出发，逐步过渡到更先进的异步编程模型。 2.1 I/O多路复用技术的演进与选择 我们将全面对比和分析当前主流的I/O模型，并给出在不同负载场景下的最佳选择策略： Select/Poll的局限性与适用场景：回顾基础模型，强调其在并发数超过几千时的性能瓶颈。 Epoll（Linux）与Kqueue（BSD/macOS）的深度剖析：重点解析Epoll的边缘触发（ET）与水平触发（LT）模式的区别。我们将通过实例展示，如何正确地使用ET模式来避免“惊群效应”，从而实现最高效的事件驱动循环。 事件驱动架构（EDA）：如何将网络事件与业务逻辑解耦，构建健壮的Reactor模式或Proactor模式服务器。 2.2 异步编程模型与协程的应用 对于需要复杂状态管理和长连接处理的应用，同步阻塞模型效率低下。本书将聚焦于如何利用语言特性和库来实现高效的异步操作： 基于回调的异步编程挑战：讨论“回调地狱”的解决方案。 现代语言的异步/等待（Async/Await）：以Python的`asyncio`或Rust的`Tokio`生态为例，展示如何使用结构化的并发模型来编写清晰、可维护的高性能网络代码。我们将详细讲解Future/Promise的生命周期管理和取消机制。 线程与协程的合理分配：讨论如何结合线程池（用于CPU密集型任务）和基于协程的I/O调度器，构建混合并发模型，实现资源利用率的最大化。 第三部分：应用层协议设计与实现 本部分将从抽象的Socket层面上升到具体的应用协议，关注协议的选择、设计原则和安全性。 3.1 现代化Web通信：HTTP/2与WebSocket的深度应用 HTTP/2的二进制分帧与多路复用：深入解析HTTP/2的帧结构、流的生命周期管理，以及头部压缩（HPACK）的机制。我们将指导读者如何使用底层库（如`nghttp2`）来构建自定义的HTTP/2客户端或服务器组件。 WebSocket的握手与状态维护：如何高效地处理WebSocket连接的升级过程，以及在服务器端如何管理大量的持久化连接，包括心跳机制和断线重连策略。 WebTransport的未来展望：简要介绍基于HTTP/3（QUIC）的WebTransport协议，为读者预留对未来网络通信技术的视野。 3.2 结构化数据传输与序列化技术 高效的网络编程不仅仅依赖于快速的I/O，还依赖于高效的数据打包和解包： 序列化格式的性能对比：对比JSON、XML、Protocol Buffers（Protobuf）、FlatBuffers的编码速度、解码速度、数据体积和向后兼容性。 Protobuf的高级用法：如何定义高效的`.proto`文件，如何处理Schema演进，以及如何利用其二进制特性减少网络负载。 RPC框架的理解：不依赖于具体厂商的框架，而是从原理上解析gRPC（基于HTTP/2和Protobuf）的核心机制，包括拦截器、服务发现和负载均衡的初步概念。 第四部分：网络安全与调试实战 任何生产级网络应用都必须具备防御性和可调试性。本书的最后一部分将专注于保障系统安全和提供高效的故障排查工具。 4.1 传输层安全（TLS/SSL）的实践 TLS握手过程的精细控制：理解不同的密码套件（Cipher Suites）对性能和安全性的影响。我们将指导读者如何使用OpenSSL或类似的库，安全地管理证书、私钥，并配置TLS版本和协议参数。 性能优化与TLS：讨论TLS 1.3的0-RTT特性，以及如何通过会话票据（Session Tickets）来加速后续连接的建立。 防御常见攻击：介绍如何防范中间人攻击、重放攻击，以及应用层如何配合TLS层进行身份验证。 4.2 性能监控与故障诊断工具箱 本书的实践性体现在对诊断工具的熟练运用上： 数据包捕获与分析：精通`tcpdump`/`Wireshark`的高级过滤表达式，能够快速定位延迟的来源是应用处理、内核排队还是网络传输本身。 系统级性能洞察：使用`ss`、`netstat`的高级选项来查看Socket状态，利用`strace`/`dtrace`追踪系统调用的开销，以及使用`perf`工具分析内核网络函数的耗时。 应用级日志与度量：设计结构化的、带有时间戳和上下文信息的日志系统，并介绍如何利用Prometheus等指标系统来监控关键的网络性能指标，如连接数、错误率和平均延迟（P95/P99）。 --- 本书适合的读者： 熟悉一门主流编程语言（如C/C++, Go, Java, Python），希望从脚本使用者转变为底层网络服务构建者的工程师。 正在开发或维护高并发服务器、微服务网关、实时数据管道或需要优化应用间通信性能的架构师。 希望深入理解操作系统网络栈，并将理论知识转化为生产力代码的系统程序员。

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这本书的封面设计非常简洁大气，黑白灰的配色给人一种专业、严谨的感觉，非常符合它所涉及的技术主题。内页的排版清晰有序，字体大小和行距都考虑得很周到，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。更让我印象深刻的是书中对复杂概念的图示化处理，很多抽象的协议流程和数据包结构，通过精美的流程图和结构图展示出来，即便是初次接触网络编程的读者，也能快速抓住重点。比如，关于多播地址解析和路由的章节，作者用了一系列步骤图来分解整个过程，让原本晦涩难懂的底层机制变得生动起来。此外，书中的代码示例都经过了精心挑选和优化，不仅保证了示例的完整性和可运行性，还针对不同操作系统（如Linux和Windows）的差异进行了标注说明，这在很多同类书籍中是比较少见的。作者在代码注释上也下足了功夫，不是简单地翻译官方文档，而是深入解释了每一行代码背后的设计意图和网络协议交互细节。整体而言，这本书在视觉呈现和用户体验上做得非常出色，让人在阅读技术内容的同时，也能享受到一种沉浸式的学习体验。

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这本书的语言风格非常独特，它带着一种冷静而有力的技术自信。作者的叙事节奏把握得很好，既有严谨的学术推导，又不乏恰到好处的幽默感来缓解技术阅读的枯燥。举个例子，在介绍网络地址转换（NAT64/DNS64）的必要性时，作者用了一个非常生动的比喻来描述IPv4地址枯竭的紧迫性，让人在会心一笑的同时，也深刻理解了过渡技术的价值所在。这种成熟的写作功底，使得这本书的阅读体验远超一本普通的技术手册。我注意到，书中对一些历史遗留问题和未来的演进方向也有独到的见解，比如对未来P2P网络中**RPL（Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks）**在IPv6环境下的潜力分析，显示出作者对网络技术全景的把握。它不仅仅是教你如何“做”，更引导你去思考“为什么是这样”，以及“未来会如何发展”，这才是真正的高阶技术读物所应具备的特质。

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我通常对“XX编程设计”这类书持谨慎态度，因为很多都只是对API文档的重新组织，缺乏深入的洞察力。然而，这本关于IPv6编程的书却让我刮目相看，尤其是在**可扩展性和性能优化**的部分。作者并未止步于基础的TCP/UDP编程，而是深入探讨了如何利用**Flow Label**字段来指导硬件转发设备的负载均衡策略，这是一个非常前沿且实用的优化点。书中详细分析了在不同内核版本下，处理大量并发IPv6连接时，内存拷贝和上下文切换的性能瓶颈所在，并给出了基于**io_uring**等新型异步I/O框架的优化思路。对于我负责的高并发数据流处理系统而言，这些关于系统调用层面的优化建议具有极高的实战价值。它不仅仅是告诉我们“用什么函数”，而是剖析了这些函数在操作系统层面如何与IPv6协议栈交互，以及如何通过精妙的编程技巧来榨干硬件的最后一丝性能。这本书的价值，在于它成功地将底层协议的精妙与上层应用优化的艺术完美地结合了起来。

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我作为一个在运维一线摸爬滚打了多年的工程师，对网络协议的理解往往停留在“能用就行”的层面，缺乏系统性的深入挖掘。这本书的出现，彻底改变了我的学习方式。它并非那种堆砌标准术语的教材，而是更像一位经验丰富的导师，引导你一步步构建起对IPv6协议栈的全面认知。特别是书中关于**安全扩展头部（Extension Headers）**的探讨，简直是教科书级别的解析。作者没有满足于介绍AH和ESP的基本作用，而是深入分析了它们在不同隧道模式下（如ESP-in-UDP）的封装顺序和处理优先级，甚至还涉及到了如何利用这些特性来进行流量整形和初步的安全审计。我过去在调试一些特定的VPN场景时遇到的兼容性问题，很多都在书中找到了理论支撑和解决方案的思路。这本书的深度足以让资深的架构师受益匪浅，它提供了一种自底向上、注重实现细节的视角，而不是仅仅停留在概念层面空谈。读完相关章节后，我对新一代网络架构的潜在安全风险和优化点有了更清晰的预判能力。

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这本书的理论深度令人敬佩，但更难得的是它紧密结合了当前的业界实践。我特别欣赏作者在每一个关键技术点之后，都会穿插实际的编程挑战或案例分析。比如，当讨论到**地址自动配置（SLAAC与DHCPv6的并存机制）**时，书中不仅讲解了RFC标准，还展示了一段C语言程序，用于模拟主机在收到Router Advertisement (RA) 报文后，如何生成Link-Local地址并进行Duplicate Address Detection (DAD) 的完整逻辑。这种从协议到代码的无缝转换，极大地提升了学习效率。对于我们这些需要编写高性能网络服务的开发者来说，了解内核如何处理ICMPv6消息、如何管理邻居缓存，是至关重要的。书中对于**套接字编程接口（Socket API）**在IPv6环境下的扩展和注意事项的梳理也非常细致，例如如何正确使用`getaddrinfo()`和`sendmsg()`/`recvmsg()`来处理流式数据和控制信息，这些都是日常工作中容易忽略但至关重要的细节。

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