具体描述
目标 本书专注于局域网与城域网
现代通信网络架构与技术前沿 本书聚焦于当前信息技术浪潮中，支撑全球数据流动与资源共享的核心通信基础设施——现代通信网络。它旨在为读者提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，剖析支撑万物互联、数字孪生及工业 4.0 时代的网络技术基石、演进路径与未来挑战。 本书的撰写遵循“理论与实践并重，基础与前沿结合”的原则，力求在严格的工程科学基础上，融入对新兴应用场景的深刻理解。全书内容结构清晰，逻辑严谨，涵盖了从物理层传输介质到复杂网络协议栈，再到新兴网络范式的多个维度。 --- 第一部分：通信网络基础与物理层实现 本部分奠定理解现代通信网络的物理基础，深入探讨信号如何在各种介质中高效、可靠地传输。 第一章：信息论与信道编码基础 本章回顾香农信息论的核心概念，包括信息熵、信道容量与噪声模型（如高斯白噪声）。重点阐述了前向纠错（FEC）编码的原理，包括线性分组码、卷积码和 Turbo 码，并介绍了现代高速传输系统中常用的低密度奇偶校验码（LDPC）的设计思想和性能优势，为后续讨论高速数据传输的可靠性提供理论支撑。 第二章：光纤通信系统原理 详尽阐述光纤作为现代骨干网络核心介质的物理特性。内容包括光在光纤中的传播损耗、色散（包括模式色散与材料色散）及其补偿技术。深入分析了光源（如 DFB 激光器）、光探测器（APD、PIN）的工作原理。着重介绍了无源光器件（耦合器、分光器）与有源器件（光放大器，特别是掺铒光放大器 EDFA）在长距离传输中的关键作用。 第三章：高速电传输与信号完整性 针对数据中心和短距离高速互联的需求，本章探讨了高速电信号的传输挑战。内容涉及传输线理论、阻抗匹配、串扰（近端和远端串扰）的分析与抑制。讨论了均衡技术，如判别反馈均衡（DFE）和时域预编码，以应对信道衰减和码间串扰对信号质量的影响。 --- 第二部分：数据链路与网络层协议栈 本部分聚焦于数据如何在网络中被组织、寻址、路由和转发，是现代互联网架构的核心。 第四章：数据链路层协议与介质访问控制（MAC） 本章详细解析了数据链路层的职责，包括成帧、差错控制与流量控制。重点剖析了以太网（Ethernet）的历史演进，从共享介质到全双工交换网络的发展。深入探讨了 CSMA/CD 和 CSMA/CA 协议的机制及其在不同网络拓扑中的应用。同时，对二层桥接与透明网桥的工作机制进行了详尽的分析。 第五章：交换技术与二层网络构建 深入研究了现代以太网交换机的工作原理。内容涵盖 MAC 地址学习、地址表管理、冲突域与广播域的划分。详细分析了生成树协议（STP、RSTP、MSTP）在构建冗余网络中的必要性、工作机制及其收敛过程。此外，探讨了虚拟局域网（VLAN）的配置、隔离原理以及基于端口和标签（IEEE 802.1Q）的实现技术。 第六章：互联网协议（IP）与寻址机制 本章是网络层核心，聚焦于 IPv4 和 IPv6 协议的结构与功能。详细解释了 IP 数据报的封装、分片与重组过程。对 IPv4 地址划分（CIDR、VLSM）和地址耗尽问题进行了深入讨论。随后，系统地介绍了 IPv6 的地址类型（单播、组播、任播）、地址表示法、扩展头部结构以及向 IPv6 过渡的技术方案（如双栈、隧道技术）。 第七章：路由原理与动态路由协议 本章全面覆盖了网络层路径选择的核心技术。首先介绍了静态路由的配置与局限性。随后，深入剖析了内部网关协议（IGP）：如距离矢量协议（RIPv2）和链路状态协议（OSPF、IS-IS）的工作原理、度量标准和状态机。重点讲解了 OSPF 的区域划分、LSA 类型及邻接关系建立过程。最后，引入了外部网关协议（EGP）——边界网关协议（BGP），详细阐述了其路径矢量特性、路由策略配置以及在构建全球互联网互联中的核心地位。 --- 第三部分：网络服务、安全与应用层 本部分关注网络之上为用户提供实际功能的服务，以及保障网络健壮性与隐私性的关键技术。 第八章：传输层协议与端口服务 对比分析了面向连接的传输控制协议（TCP）和无连接的用户数据报协议（UDP）。TCP 章节深入探讨了三次握手与四次挥手的连接管理机制、可靠性保证（序列号、确认应答机制）、流量控制（滑动窗口）以及拥塞控制算法（如慢启动、竞争避免、快速重传与快速恢复）。UDP 则侧重于其在实时应用中的优势。同时，本章也解析了关键传输层服务，如域名系统（DNS）的解析过程、动态主机配置协议（DHCP）的工作流程。 第九章：网络安全基础与访问控制 网络安全是现代通信网络不可或缺的一环。本章从基础防御入手，详细介绍了防火墙技术，包括包过滤、状态检测和应用层网关。深入解析了网络地址转换（NAT）的原理及其在私有网络出口中的应用。关于加密技术，本章介绍了对称加密（如 AES）和非对称加密（如 RSA）的基本原理，以及公钥基础设施（PKI）在证书管理中的作用。 第十章：软件定义网络（SDN）与网络虚拟化 本部分面向未来网络架构，探讨了控制平面与数据平面解耦带来的范式转变。详细介绍了 SDN 的基本架构（数据平面、控制平面、应用平面）及其核心协议 OpenFlow。阐述了 SDN 如何实现集中化的网络管理和动态资源调度。同时，系统介绍了网络功能虚拟化（NFV）的概念，以及如何利用通用硬件承载虚拟化网络功能（如 vFirewall, vRouter）。 第十一章：无线接入技术与移动通信基础 本章关注无线频谱接入和移动性管理。覆盖了 IEEE 802.11 标准（Wi-Fi）的演进（从 802.11a/g 到 Wi-Fi 6/7），重点分析了正交频分多址（OFDM/OFDMA）技术在提升频谱效率中的作用。简要概述了蜂窝移动通信系统（如 4G LTE 和 5G NR）的核心技术，如空口接口、小区切换（Handover）和核心网架构（EPC/5GC）的演进方向。 --- 第四部分：网络性能、管理与运维 本部分关注如何度量、监控和优化网络的运行质量。 第十二章：网络性能评估与 QoS 讲解了网络性能的关键指标，包括延迟（Latency）、抖动（Jitter）、吞吐量（Throughput）和丢包率。深入探讨了服务质量（QoS）的保障机制，包括资源预留协议（RSVP）、分类（Classification）、标记（Marking，如使用 DSCP 字段）以及拥塞避免技术。讨论了如何通过区分服务（DiffServ）模型来满足不同业务对带宽和实时性的要求。 第十三章：网络管理与故障诊断 本章介绍了网络管理的基本框架，特别是简单网络管理协议（SNMP）的工作原理、MবিB 结构和操作命令。讨论了网络监控工具和技术，如流分析（NetFlow/IPFIX）在流量审计和异常检测中的应用。最后，系统梳理了网络故障排除的科学方法论，从 OSI 七层模型的自顶向下或自底向上排查流程，到常用诊断工具（如 Ping, Traceroute, 抓包分析）的高级用法。 结语：面向未来的网络挑战 本书最后部分对当前网络发展面临的挑战进行展望，包括处理 TB/PB 级别流量的数据中心互联、大规模物联网（IoT）的安全接入与管理、网络切片技术在 5G 上的商业化落地，以及人工智能在网络运维（AIOps）中的潜力与局限性。 --- 本书适合对象： 高等院校计算机科学、通信工程、电子信息工程等专业的本科生和研究生。 致力于成为网络工程师、系统架构师或网络安全专家的技术人员。 需要深入理解现代网络基础设施以支持云计算、大数据和人工智能等前沿应用的行业从业者。 通过本书的学习，读者将构建起一个扎实而全面的现代通信网络知识体系，掌握从物理传输到应用服务、从传统架构到前沿创新的全景视野。
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