大数据时代下的通信需求——TCP传输原理与优化 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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徐永士，王新华著 著

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• 计算机网络
• 网络工程

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121266027

商品编码：29729635462

包装：平装

出版时间：2015-08-01

基本信息

书名:大数据时代下的通信需求——TCP传输原理与优化

：49.00元

售价：34.3元,便宜14.7元,折扣70

作者:徐永士,王新华著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2015-08-01

ISBN：9787121266027

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

本书偏重介绍相关的算法分类、理论和Linux系统上的具体实现及测量模拟技术。

内容提要

本书内容分为两部分。上半部分包含～5章，偏重介绍相关的算法分类、理论，其中章介绍了背景知识及数据链路层，第2章整体介绍了TCP传输的原理与拥塞控制，第3、4章介绍了相关算法分类及主要算法，第5章介绍了相关理论模型。下半部分包含第6～9章，偏重介绍Linux系统上的具体实现及测量模拟技术，其中第6章从数据流动的角度逐层介绍了Linux系统如何实现网络协议TCP/IP协议族的各层，第7章具体介绍了如何书写一个拥塞控制模块及Linux系统自带的主要算法，第8章介绍了网络模拟器NS2及其他性能测量工具，第9章介绍了移动网络和软件定义网络SDN。
　　本书侧重Linux系统上的TCP网络协议实现，但不限于Linux系统，其他操作系统及智能终端系统也可以参考。

目录

章 概述
　1.1 快速发展的互联网
　　1.1.1 互联网的发展规模
　　1.1.2 争相建设的下一代互联网
　　1.1.3 永无止境的带宽需求
　　1.1.4 网络传输还需要加速
　1.2 网络互联的基础——网络协议
　　1.2.1 OSI参考模型与TCP/IP参考模型之争
　　1.2.2 OSI模型
　　1.2.3 “阿帕网”ARPANET）与TCP/IP协议族
　　1.2.4 TCP/IP参考模型与协议族组成
　　1.2.5 数据链路层
　1.3 大数据时代带来数据传输的巨大需求
　　1.3.1 大数据时代的到来
　　1.3.2 “”的广域网加速技术
　　1.3.3 技术选择
第2章 TCP传输的原理与拥塞控制
　2.1 TCP传输原理
　　2.1.1 OSI参考模型和TCP/IP参考模型
　　2.1.2 TCP协议简介
　　2.1.3 TCP数据报的传输
　2.2 传输控制协议TCP有限状态机模型
　　2.2.1 客户端流程图
　　2.2.2 服务器端流程图
　2.3 拥塞控制与AIMD
　　2.3.1 拥塞的定义与发生的原因
　　2.3.2 拥塞控制原理AIMD
　　2.3.3 现阶段的TCP拥塞
　2.4 糊涂窗口综合症
　　2.4.1 发送端产生的症状
　　2.4.2 接收端产生的症状
　2.5 其他杂项问题
第3章 主要的TCP拥塞控制算法
　3.1 概述
　　3.1.1 从“次”拥塞说算法改进
　　3.1.2 “宏观”的解决方案——传输加速
　　3.1.3 新的“应用场景”
　　3.1.4 拥塞成因概述
　　3.1.5 拥塞算法设计的基本要求
　3.2 基本概念与术语
　3.3 TCP拥塞控制算法的演进
　　3.3.1 早期的TCP实现
　　3.3.2 TCP Tahoe
　　3.3.3 TCP Reno
　　3.3.4 TCP NewReno
　　3.3.5 TCP SACK
　　3.3.6 TCP Vegas
　　3.3.7 TCP Veno
　　3.3.8 TCP BIC
　　3.3.9 TCP CUBIC
　　3.3.10 FAST TCP
　　3.3.11 Compound TCP
　3.4 讨论
第4章 TCP传输加速与主要解决方案
　4.1 TCP传输加速概述
　4.2 解决方案分类
　　4.2.1 以部署方式分类
　　4.2.2 以实施位置分类
　　4.2.3 以拥塞反馈信号分类
　　4.2.4 基于应用层的改进方案
　　4.2.5 典型的隐式拥塞反馈方案
　　4.2.6 典型的显式拥塞反馈方案
　　4.2.7 基于带宽测量的改进
　4.3 主要的拥塞控制算法
　　4.3.1 Scalable TCP
　　4.3.2 High Speed TCP
　　4.3.3 TCP Vegas
　　4.3.4 TCP BIC 与TCPCUBIC
　　4.3.5 小结
第5章 TCP传输性能分析与模型
　5.1 端到端的可靠传输
　　5.1.1 差错控制过程
　　5.1.2 流量控制机制
　5.2 传输时延
　　5.2.1 测量方法
　　5.2.2 RTT测量的程序实现
　5.3 分析模型
　　5.3.1 概述与进展
　　5.3.2 分类
　　5.3.3 Jacobson管道模型
　　5.3.4 TCP吞吐量分析模型
　　5.3.5 流体流模型
　　5.3.6 其他场景模型
　　5.3.7 传输速率上限
　　5.3.8 仿真实验
　5.4 性能分析
　　5.4.1 链路利用率
　　5.4.2 公平性
　5.5 Padhye吞吐量模型简介
　　5.5.1 发送窗口表达式
　　5.5.2 吞吐率
　　5.5.3 E （W）和E （X）的推导
　　5.5.4 E （W）和E （Y）的推导
　　5.5.5 丢包概率p
　　5.5.6 E （A）的推导
　　5.5.7 吞吐率表达式
第6章 Linux网络协议栈
　6.1 网络协议栈与层次结构
　　6.1.1 Linux网络协议栈特点
　　6.1.2 标准TCP/IP协议与Linux网络协议栈具体设计的对比
　6.2 基本数据结构
　　6.2.1 数据包结构
　　6.2.2 基本数据结构
　　6.3 协议栈的初始化
　　6.3.1 sock_init函数
　　6.3.2 _dev_init函数
　　6.3.3 i_init函数
　6.4 Linux系统网络设备驱动程序
　　6.4.1 网络驱动程序的结构
　　6.4.2 数据包发送
　　6.4.3 数据包接收
　6.5 网络协议层
　　6.5.1 数据接收
　　6.5.2 数据发送
　6.6 传输层——TCP协议处理
　　6.6.1 TCP协议的数据接收
　　6.6.2 TCP协议的数据发送
　　6.6.3 拥塞控制的事件处理
第7章 拥塞控制模块编程实践
　7.1 拥塞控制模块的调用
　　7.1.1 模块的初始化
　　7.1.2 主要窗口的计算
　　7.1.3 拥塞状态机
　　7.1.4 状态处理函数
　　7.1.5 “成员函数”的调用关系
　7.2 模块编程基础
　　7.2.1 基本数据结构
　　7.2.2 内核函数介绍
　　7.2.3 编译
　7.3 主要算法介绍
　　7.3.1 BIC算法
　　7.3.2 CUBIC算法
　　7.3.3 Vegas算法
　　7.3.4 High Speed TCP算法
　　7.3.5 H—TCP算法
　　7.3.6 Scalable TCP算法
　　7.3.7 Westwood算法
　　7.3.8 Reno算法
　　7.3.9 代码中常见的修饰符
　7.4 用户态获取当前拥塞窗口值编程示例
　7.5 实践举例
第8章 仿真与测量
　8.1 网络仿真
　　8.1.1 软件仿真
　　8.1.2 ns—2简介
　　8.1.3 OPNET简介
　　8.1.4 硬件模拟
　8.2 性能测量方法
　　8.2.1 网络带宽测量
　　8.2.2 网络延迟测量
第9章 新的数据传输场景——研究热点
　9.1 无线传输新场景——移动网络
　　9.1.1 移动智能终端逐步普及
　　9.1.2 需求催生的“新成员”
　　9.1.3 移动网络的特性
　　9.1.4 移动设备操作平台
　　9.1.5 主要的研究进展
　9.2 数据中心内部传输遇到的新问题——TCP Incast
　　9.2.1 数据中心的网络架构
　　9.2.2 MapReduce新业务与发展
　　9.2.3 TCP Incast的发生
　　9.2.4 国内外研究现状
　　9.2.5 主要的解决方案介绍
　9.3 网络发展的新趋势——软件定义网络SDN与大二层结构
　　9.3.1 软件定义网络
　　9.3.2 大二层结构
　　9.3.3 虚拟机迁移与数据中心二层网络的变化
　　9.3.4 大二层网络需要有多大
参考文献

作者介绍

徐永士，中科院博士，工作于北京三星通信研究院，中国系统分析员协会顾问。主持、参与过中科院和三星通信研究院的多项科研项目。

文摘

序言

《网络之脉：深度解析TCP协议及其现代优化之道》 在一个信息爆炸、数据洪流席卷而来的数字时代，我们赖以生存和发展的网络通信基础设施，正以前所未有的速度和规模经历着变革。在这场变革的底层，有一个古老而又至关重要的协议，默默地承载着亿万数据的可靠传输——这就是传输控制协议（TCP）。它如同数字世界的血脉，维系着信息传递的每一个环节，从简单的网页浏览到复杂的实时音视频通信，再到如今如火如荼的大数据分析和人工智能训练，TCP都在其中扮演着不可或缺的角色。 本书《网络之脉：深度解析TCP协议及其现代优化之道》并非简单地罗列TCP的各项指令或参数，而是致力于深入剖析TCP协议的核心原理，并在此基础上，探讨如何在瞬息万变的现代网络环境中，对其进行精细化、智能化以及高效化的优化。我们旨在为读者提供一个全面、深刻且具有前瞻性的视角，去理解TCP为何能在几十年的发展中历久弥新，又如何在应对海量数据、低延迟、高可靠性等严苛需求的挑战中，展现出强大的生命力。 第一部分：TCP协议的基石——原理探微 本部分将带领读者回到TCP的起源，但绝非止步于历史的陈迹，而是深入挖掘其设计的精妙之处。我们将详细解析TCP如何实现面向连接的可靠数据传输，这包括： 三次握手与四次挥手的奥秘： 不仅仅是流程图的描绘，我们将深入理解每一次握手和挥手的包结构、标志位含义以及状态转移，探讨其在建立和释放连接时的严谨逻辑，以及潜在的安全风险与对策。例如，SYN Flood攻击为何能对TCP连接造成影响，以及TCP本身的防御机制。 可靠传输的基石——序列号与确认应答（ACK）： 我们将解析TCP如何利用序列号来标识每个字节的数据，以及接收端如何通过ACK包来告知发送端哪些数据已成功接收。这背后涉及滑动窗口机制，我们将详细讲解其工作原理、如何动态调整窗口大小以提高吞吐量，以及在丢包、乱序情况下的重传机制。 流量控制与拥塞控制——动态平衡的艺术： TCP最令人称道的两大机制——流量控制和拥塞控制，将是本部分的重点。 流量控制： 详细介绍接收窗口（rwnd）的概念，以及发送端如何根据接收端的窗口大小来调整发送速率，避免因接收端处理能力不足而导致的数据丢失。我们将探讨不同流量控制算法的演进，如基于固定窗口和基于滑动窗口的机制。 拥塞控制： 这是TCP能够稳定运行在共享网络中的关键。我们将深入剖析慢启动（Slow Start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）、快重传（Fast Retransmit）和快恢复（Fast Recovery）等核心算法。理解它们如何在网络拥塞发生时，主动降低发送速率，并在网络状况好转时，逐步恢复发送速率，以达到“皆大欢喜”的动态平衡。我们将分析这些算法在实际网络中的表现，以及它们如何应对突发性的网络拥塞。 端口号与套接字： 解释端口号如何区分同一主机上的不同应用进程，以及套接字（Socket）作为应用程序与TCP/IP协议栈交互的接口，其在网络通信中的作用。 TCP报文段结构详解： 逐一解析TCP报文段中的各个字段，如源端口、目的端口、序列号、确认号、数据偏移、标志位（SYN, ACK, FIN, RST, PSH, URG）、窗口大小、校验和、紧急指针等，理解它们在数据传输中的具体功能。 第二部分：现代网络中的TCP优化挑战与策略 随着互联网的飞速发展，尤其是大数据、云计算、物联网、5G等技术的兴起，传统的TCP在某些场景下显露出其局限性。本部分将聚焦于现代网络环境下TCP面临的挑战，并探讨相应的优化策略： 高延迟与高带宽网络下的TCP性能瓶颈： 带宽延迟积（Bandwidth-Delay Product, BDP）： 解释BDP的概念，以及在大带宽、高延迟的网络（如卫星通信、长距离骨干网）中，TCP的窗口大小可能不足以充分利用可用带宽。 TCP窗口缩减问题： 分析在BDP较大的网络中，TCP的接收窗口和拥塞窗口可能成为瓶颈，导致吞吐量无法达到理论上限。 延迟敏感型应用（如实时音视频）： 探讨TCP的可靠性机制（如重传）如何引入额外的延迟，影响实时性。 TCP优化技术深度剖析： TCP拥塞控制算法的演进与选择： CUBIC： 重点介绍CUBIC算法，它是Linux等主流操作系统默认的拥塞控制算法。分析其在快速响应网络变化、有效利用大带宽方面的优势。 BBR（Bottleneck Bandwidth and Round-trip Propagation Time）： 详细讲解Google提出的BBR算法，它如何通过测量瓶颈带宽和往返传播时间来直接估计网络状态，规避传统算法的“拥塞避免”陷阱，实现更高的吞吐量和更低的延迟。我们将对比BBR与CUBIC等传统算法的优劣。 其他新兴算法： 简要介绍如DCTCP（Data Center TCP）、PCC（Per-Congestion Control）等针对特定场景优化的拥塞控制算法，以及它们的适用性。 TCP参数调优： 讲解如何根据实际网络环境和应用需求，调整TCP相关的内核参数，如最大TCP段大小（MSS）、TCP窗口大小、重传超时时间（RTO）等。提供实用的调优思路和方法。 TCP选项的利用： 窗口扩大选项（Window Scaling Option）： 解释其如何克服TCP早期版本窗口大小的限制，实现大窗口传输。 时间戳选项（Timestamps Option）： 分析其在应对序列号回绕和计算往返时间（RTT）时的重要作用。 选择性确认（SACK）： 详细讲解SACK如何提升TCP在丢包时的效率，允许接收端只确认已收到的数据块，避免不必要的重传。 应用层与传输层的协同优化： HTTP/2与QUIC协议： 探讨HTTP/2如何通过多路复用缓解TCP的队头阻塞问题，以及QUIC（基于UDP）如何绕过TCP的某些限制，实现更低的连接建立延迟和更强的抗丢包能力。我们将分析QUIC的优势与挑战，以及其对未来网络通信的潜在影响。 RDMA（Remote Direct Memory Access）： 介绍RDMA技术如何实现绕过CPU和操作系统内核，实现内存到内存的直接传输，尤其适用于高性能计算和数据中心环境，其对TCP的补充和替代作用。 大数据与TCP： 大数据传输的挑战： 分析大文件传输、分布式计算中频繁的数据交换对TCP性能提出的更高要求。 TCP在分布式文件系统（如HDFS）中的角色与优化： 探讨TCP如何在HDFS等系统中支撑海量数据的读写，以及可能的优化方向。 数据压缩与编码： 讨论在TCP传输前进行数据压缩和编码，如何有效减少传输量，间接提升TCP的传输效率。 网络虚拟化与SDN（Software Defined Networking）对TCP的影响： 探讨虚拟化环境和SDN架构下，TCP的性能表现以及可能面临的新挑战与优化机遇。 第三部分：实践与展望——TCP的未来图景 本部分将从实践出发，引导读者如何应用所学知识，并对TCP的未来发展进行展望。 TCP性能的监控与分析工具： 介绍tcpdump、Wireshark、netstat、ss等常用工具，以及如何利用它们来抓包、分析TCP连接状态、诊断性能问题。 案例分析： 通过实际的网络通信案例，如大文件传输失败、视频卡顿、网页加载缓慢等，运用TCP原理进行诊断，并给出具体的优化建议。 TCP的未来趋势： 探讨在物联网、边缘计算、6G等新兴技术背景下，TCP可能面临的新挑战和演进方向。例如，对低功耗、低延迟、高可靠性在极端场景下的需求。 主动拥塞控制与机器学习： 展望利用机器学习技术，实现更智能、更自适应的TCP拥塞控制算法。 本书并非一本枯燥的技术手册，而是一次深入的探索之旅。我们相信，通过对TCP协议原理的深刻理解，以及对其现代优化策略的全面掌握，读者将能够更好地驾驭复杂的网络环境，构建更加高效、可靠、智能的网络通信系统。无论您是网络工程师、系统管理员、软件开发者，还是对网络通信原理充满好奇的技术爱好者，都能从中受益，洞悉数字世界的脉搏。

评分☆☆☆☆☆

我个人认为，这本书在结构安排上体现了极高的匠心。它不是简单地将知识点罗列出来，而是构建了一个清晰的学习路径。开篇的背景铺垫，为读者建立起理解协议必要性的宏观视野；中间部分深入剖析技术细节，循序渐进，保证了基础的扎实；而结尾部分则聚焦于如何应用这些知识去解决实际问题，完成了从理论到实践的闭环。这种“宏观认识—微观解构—实践应用”的结构，使得这本书既适合希望快速入门并建立系统认知的初级工程师，也适合需要进行深度调试和性能优化的资深专家。它成功地在“易读性”和“专业性”之间找到了一个近乎完美的平衡点，这在同类专业书籍中是相当罕见的成就。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期从事网络应用开发的人士，我深知网络延迟和吞吐量对于用户体验的决定性影响。这本书的价值，恰恰体现在它对“优化”二字的精准把握上。许多市面上的书籍往往停留在理论层面，讲解完TCP的三次握手和四次挥手就戛然而止。但这本书的厉害之处在于，它把理论知识无缝地嫁接到了实际的性能调优场景中。我特别欣赏其中关于现代网络环境（比如高带宽、高延迟链路）下传统TCP行为表现的分析，那部分内容犹如醍醐灌顶。它清晰地指出了传统滑动窗口机制在特定场景下的瓶颈所在，并引入了如BBR等新型拥塞控制机制的讨论。这种与时俱进的视角，使得这本书不仅具有学术价值，更具有极强的实操指导意义，对于想从“能用”到“好用”转变的工程师来说，简直是宝典级别的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格着实让人耳目一新。它不像某些技术著作那样，充满了晦涩难懂的术语堆砌，读起来像是在攻克一座高山。相反，作者的语言逻辑清晰，论述严谨中带着一种引导性的节奏感。在解释复杂概念时，总能找到恰当的比喻或图示来辅助理解，使得像我这样偶尔会忘记底层细节的开发者，也能迅速跟上思路。例如，关于流量控制和拥塞控制的区分，书中通过生动的案例将其间的细微差别阐释得淋漓尽致，避免了许多初学者常犯的混淆。这种对读者学习曲线的细致考量，是这本书超越普通技术手册的关键所在。它让你在感到自己掌握了深层知识的同时，又不会因为理解上的困难而产生挫败感，阅读过程非常舒畅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计很有意思，封面采用了深蓝与亮橙的撞色，给人一种科技感和专业性的初步印象。我最初拿到这本书的时候，其实是抱着一种比较谨慎的态度。毕竟，“大数据时代”和“通信需求”这两个词汇在技术书籍中已经很常见了，担心内容会是泛泛而谈，堆砌一些大家都知道的概念。然而，翻开目录，我立刻被其中对具体技术细节的深入程度所吸引。书中对底层协议的剖析，那种抽丝剥茧的分析方式，让我觉得作者不仅仅是在描述“是什么”，更是在解释“为什么会这样”。尤其是关于拥塞控制算法的演进部分，作者没有简单地罗列RFC文档，而是结合了实际网络环境的复杂度，深入探讨了每种算法的优缺点和适用场景，这种层层递进的叙述方式，极大地提升了阅读体验，让人感觉像是在跟随一位经验丰富的老工程师进行实战指导，而不是单纯地啃教科书。

评分☆☆☆☆☆

从学术研究的角度来看，这本书的深度和广度都达到了一个很高的水准。它不仅覆盖了TCP协议栈的核心机制，更难得的是，它将这些机制置于一个更宏大的“通信需求”背景下进行审视。作者并没有把网络协议视为一成不变的真理，而是将其视为应对特定时代需求的工程妥协的产物。书中对于QUIC协议的引入和对比分析，更是体现了作者的远见卓识。这种对未来发展趋势的预判和对现有技术局限性的深刻洞察，使得这本书的价值超越了单纯的技术手册范畴，更像是一份对未来网络架构演进的思考录。对于希望站在前沿，理解下一代互联网核心协议变迁的科研人员或高级架构师而言，这本书提供的理论深度和前瞻性思考是极其宝贵的。