第四卷：计算机网络

连接成功了，响应却迟迟不来；ping 有回应，网页还是打不开。本卷从以太网帧、IP 和 TCP 学到 HTTP、TLS、DNS、CDN 与 QUIC，逐层检查消息、状态和超时。网络出故障时，先弄清哪一层出了问题，路由器不必每次都第一个挨重启。

先修知识

• 会读写简单程序，知道字节串与文本的区别；Socket 示例会用到这些基础。
• 能在终端运行命令，理解进程、端口和文件描述符的大意。不熟悉进程与 I/O 时，可参考第三卷；不必先读完整卷。

覆盖内容

第 1–7 章从分层与 Socket 进入常见应用协议；第 8–11 章补上链路、路由、拥塞控制和 QUIC；第 12–14 章把知识用于诊断、IPv6 与性能分析。每一层都要分清“观察到什么”和“协议保证什么”。

第 1 章

• 1.1 网络分层与数据包的逐层传输

第 2 章

• 2.1 TCP Socket 的生命周期
• 2.2 消息边界、Deadline 与 Backpressure

第 3 章

• 3.1 TCP 连接建立、关闭与 TIME_WAIT
• 3.2 TCP 序号、ACK 与流量控制

第 4 章

• 4.1 HTTP 消息、方法与缓存语义
• 4.2 HTTP/1.1 Framing 与最小服务器

第 5 章

• 5.1 TLS 握手、证书链与安全边界
• 5.2 TLS 安全客户端与故障诊断

第 6 章

• 6.1 WebSocket 握手、帧与连接生命周期
• 6.2 gRPC 合约、流式 RPC 与失败边界

第 7 章

• 7.1 DNS 解析、记录与缓存边界
• 7.2 CDN 缓存、回源与流量导向
• 7.3 负载均衡算法、健康检查与重试边界

第 8 章

• 8.1 Ethernet frame、MAC address 与邻居解析
• 8.2 Ethernet switching、VLAN 与环路防护
• 8.3 MTU、IP fragmentation 与 Path MTU Discovery

第 9 章

• 9.1 IPv4 首部、CIDR 与最长前缀转发
• 9.2 ICMP、ping 与 traceroute 的证据边界
• 9.3 NAT、NAPT 与穿透边界
• 9.4 路由控制面：RIP、OSPF 与 BGP

第 10 章

• 10.1 TCP 拥塞窗口、恢复与 ECN
• 10.2 CUBIC、BBR、发送节奏与主动队列管理

第 11 章

• 11.1 QUIC：连接、流、丢包恢复与迁移
• 11.2 HTTP/3、QPACK、发现与部署

第 12 章

• 12.1 从症状到证据：分层网络诊断
• 12.2 抓包与协议分析：选择观测点，再解释数据
• 12.3 可重复的网络诊断实验

第 13 章

• 13.1 IPv6 数据包、地址与子网
• 13.2 ICMPv6、NDP 与地址自动配置
• 13.3 双栈、Happy Eyeballs 与 IPv6-only 过渡

第 14 章

• 14.1 网络性能测量与瓶颈定位
• 14.2 传输性能：RTT、窗口、丢包、队列与连接复用
• 14.3 HTTP、缓存、CDN 与容量优化

学完能做什么

• 为 TCP 应用设计消息边界、超时和背压，解释一次连接从建立到关闭的过程。
• 根据 DNS、TLS、HTTP 和传输层证据缩小故障范围，说明一次抓包能证明什么。
• 结合 RTT、窗口、丢包、缓存与连接复用，判断性能优化应该落在哪一层。

怎样使用这份目录

第一次学习可以按顺序阅读，并尽早运行第 2、4 章的小程序。正在排障时，先看第 12 章选择观测点，再回查对应协议；正在调性能时，从第 14 章建立基线。抓包实验只使用自己有权观察的流量，并留意抓包位置和加密对可见信息的限制。