四级网络工程师的笔记

四级网络工程师笔记兰州交通大学郜强网络基础1．计算机网络的发展阶段：第四个阶段：20世纪90年代，互联网、高速通信网络、无线网络与网络安全技术的发展，基于P2P的网络应用成为互联网产业与信息服务业的新增长点。2.网络的形成：1.计算机与终端2.计算机与计算机3.ARPANET因特网的前身及OSI的制定。4.Internet是覆盖全球的信息基础。3.TCP/IP协议与体系结构是业内公认的标准。4.OSI是国际认可标准。5.Web技术基于C/S模型。6.互联网应用与高速网络技术的发展：1.搜索引擎是一种运行在Web上的应用软件系统。2.P2P以“非中心化”方式使更多的用户同时兼容客户机与服务器的双重身份。达到信息共享最大的目的。7.宽带城域网包括：核心交换网与接入网。8.用户接入网主要类型有三种：计算机网络、电信通信网与广播电视网。9.从技术角度来看，用户接入网的方式有：地面有线通信系统、无线通信和移动通信技网、卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网。10.三网融合：计算机网络、电信通信网和电视传输网。11.无线网络的发展： 1.无线局域网：(LWAN):以微波、激光与红外等无线电波作为传输介质，IEEE802.11工作组研究和制定。应用领域：传统局域网的扩充、建筑物之间的互联、漫游访问与特殊网络。无线局域网的传输技术：红外线、扩频、窄带微波。 2.无线自组网（Adhoc）:军事和民用。 3.无线传感器网（WSN）：Adhoc和传感器的结合。组成：传感器、感知对象和观察者。 4.无线网状网（WMN）:由无线路由器作为骨干，用于大范围的连接。由IEEE802.11S制定。标准是MAC和物理层协议。 5.蓝牙技术：IEEE802.15制定了蓝牙标准。12.操作系统分为两部分：客户机操作系统和服务器操作系统。13.UNIX系统IEEE制作了易移植操作系统（POSIX）.14.UNIX分为内核（内核的原语可以直接对硬件起作用）和外壳。采用树状的机构。15.Linux效仿UNIX，内核重新编写。16.计算机网络的定义：计算机网络的目的是共享资源。17.广域网从逻辑功能上分为通信子网和资源子网。18.广域网多数用网状拓扑。19.描述网络传输特性的参数： 1.数据传输速率：每秒钟传输二进制的比特数，bps。2．速率与信号的关系的描述：（1）奈奎斯特准则：描述了有线带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。Pmax=2f。2.香农定理：描述了有限带宽、有随机热噪声信道时，最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率之间的关系：Rmax=Blog2(1+S/N).(s/n是信道比)。20.误码率：二进制码在数据的传输过程中传错的概率。计算机通信的平均的误码率要求低于10-9.21.数据交换分为：线路交换（实时通信，对突发性通信不适应）和存储转发交换。22.存储转发分类（克服了电路交换的缺点）：报文交换和报文分组交换。23.路由器可以进行速率和数据代码格式的转换。24.实际应用过程中采用：数据报方式（分组存储转发，可能经过不同的传输路径，有乱序，重复或丢失）和虚电路方式（每一次传输之前，在源节点和目的节点之间建立一条逻辑连接，每一次传输都通过虚电路顺序传输）。25.网络的体系结构： 网络协议的三要素：语法：用户数据与控制信息的结构和格式。语义：需要法术何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。时序：对事件实现顺序的说明。26.第一个计算机网络体系结构：IBM公司的SNA.27.标准化体系结构OSI（开放系统互联）和TCP/IP制定。1.OSI：分成七层，OSI定义了各层提供的服务，没有提供实现的方法。OSI体系结构并不是标准，仅仅是概念性的框架。（表示层有程序的加密、解密、解压）。28.TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）参考模型：四层29.互联层的主协议：IP/ICMP/IGMP/ARP/RARP。传输层的协议：TCP/UDP。应用层协议：远程登录协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP），域名服务协议（DNS）,路由信息协议（RIP）、网络文件协议（NFS）、超文本传输协议（HTTP）等。30.数字广播：有交互性，重复收听以前的节目，用户可以参与。31.P2P网络的特点：是信息达到最大化为目的而设计的“非集中式”的网络结点之间的结构。P2P网络中的每一台计算机既可以作为网络服务的使用者，又可以作为网络服务的提供者（典型的文件共享软件包括：Napster、BitTorrent、Gnntella）。（重点）二、局域网技术：决定局域网与城域网的三要素：网络拓扑、传输介质、介质访问。局域网的转发方式：共享介质与交换方式。广域网的转发方式：存储转发方式局域网的拓扑结构：总线型(同一时间只允许一个节点发送)、环型（为了传输解决冲突，采用令牌方式）、星型。局域网的传输介质主要为：双绞线、同轴电缆、光纤。带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMN/CD）的总线型局域网。IEEE802.2标准定义了三种局域网：1）CSMA/CD。2）令牌总线方法。3）令牌环。IEEE802参考模型将参考模型的数据链路层划分成两个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层(MAC)。IEEE802标准：（1）IEEE802.3标准：定义了CSMA/CN介质访问MAC子层与物理层标准。（2）IEEE802.11标准：定义无线局域网（3）IEEE802.15：定义近距离个人无线。（4）IEEE802.16标准：定义宽带无线局域网介质访问。共享式局域网：以太网的核心技术是：介质访问控制方法：CSMA/CD.Etherent工作过程：1.发送流程：载波监听过程，冲突检测方法，发现冲突（发送冲突加强信号，当重发次数大于等于16，放弃传送，选择随机事件重发）停止发送，随机延迟重发。载波侦听用曼切斯特码检测传输电压高低，不能完全避免冲突。检测前64个BIT，如果没有冲突，则没有冲突。截至二进制后退延迟算法：(第r个时间片转发)r=2^k×R×a.a为冲突窗口值，R为随机数；K=min[重传次数n,10].以太网的接受：判断接受帧是否大于64，然后看目的地址是否自己可以接受。然后CRC校验。Etherent帧结构：（1）前导码与帧前定界符：用于接收同步阶段，不计于帧头长度（8个字节）。（2）目的地址和源地址：目的地址第一位0表示单播，1为多播，全一为广播。类型：协议类型。数据字段，帧校验。Etherent物理地址：按照48位编码。前三组公司的唯一标识符。快速以太网Fast-802.3u标准。千兆以太网：（1）GigabitEtherent-802.3z标准（多模光纤或者屏蔽双绞线）。10GigabitEtherent-802.3ae标准。（局域网和广域网）40/100GigabitEtherent网络使用波分复用技术。交换式局域网：“共享端口”变为“专用端口”，端口在之间可有多个并发连接。交换机转发用的是MAC映射地址表，通过地址学习读取源地址的方法。交换机的帧转发方式：（1）直接交换转发（2）存储转发交换方式（3）改进的直接交换方式（接收一个帧的前64字节）。虚拟局域网的工作原理：用逻辑工作组（用软件的方式实现，不受物理限制）。无线局域网的分类：（1）红外无线局域网：红外无限局域网的数据传输技术。中间必须无阻挡（2）扩频无线局域网（跳频扩频和直接序列扩频）（3）窄带微波无线局域网。MAC层主要功能对无线的访问控制方式，可以在多个接入点上提供漫游支持，同时提供数据验证与保密服务。IEEE802.11的MAC层定义了两种访问控制方法：无争用服务和争用服务。定义的MAC层采用冲突避免的方法是CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)。三、Internet基础：Internet接入方式：（1）通过电话网接入。（调制解调器）（2）ADSL接入：ADSL的调制解调器。（下行的速率通常大于上行速率）（3）使用HFC传统的有线电视网。（非对称，混合光纤/同轴电缆）。（4）数据通信线路。调制：数字信号转化为模拟信号。解调：模拟信号转化为数字信号。IP互联的工作机制：（1）.IP协议所提供的服务：1.不可靠的数据投递服务。2.面向无连接的传输服务3.尽最大努力投递服务。（2）.IP互联的特点：上层用户看到的是一个统一的网络，不制定拓扑结构。不要求互联，平等对待每一个网络。4.IP地址的作用：屏蔽物理地址的差异，用来标识网络连接的。MAC地址在以太网中用来标识网络连接。5.D类地址用于组播地址。6.回送地址：。广播地址：直接广播地址：网络位不变，主机位全1，有限广播：网络位和主机位全1。私有地址的范围：~55,~55,~557.为了避免IP地址浪费，运用了子网编制。（内部划分成多个网络）8.可用子网数是2^X-2。9.每个广播地址=下个子网号-1。10.地址解析协议ARP：请求报文是广播报文，返回是单播。高速缓存区下次的查找。（做题补充：报头部分仅仅对报头校验，校验报头的完整性）。11.ARP表中使用了计时器，一旦超过计时时限，表项就会自动删除。12.报文的结构：总长度（以8b字节为单位）与报头长度（以32b双字节为单位）。13.最大的传输单元（MTU）：一个帧所包含的信息量。14.互联网协议规定只有最终的主机才会对段进行重组。15.分片控制：标识（一个组的相同，IP数据报的标志）、标志（标识是否已经分片，是否是最后一个）和片偏移。16.IP数据报选项由选项码、长度和选项版本组成。17.源路由选项可以指定IP数据报穿过的互联网路径。18.差错与控制报文：ICMP：互联网差错控制报文。（1）路由器发现目标不可到达，产生ICMP返回。（2）测试是否连通。19.ICMP报文的特点：①携带ICMP报文没有特别优先权。②除故障IP报文外，还包含IP数据报数据区的前64比特数据，目的是了解高层的信息。③一旦发现传输错误，先把出错报文抛弃。20.ICMP控制报文包括源抑制报文和重定向报文。 源抑制报文用于拥塞控制，重定向报文用于路径选择。21.ICMP请求/应答报文：回应请求/应答、时戳请求/应答、掩码请求/应答。22.路由表是路由选择的依据。23.用路由表：标准的IP路由表包含：（N,R）。N：目的网络的IP地址。R:到N路径上的“下一个”路由器的IP地址。24.子网选路标准路由算法的扩充。（M,N,R）M表示子网掩码。25.采用的路由选择协议：路由信息协议RIP：利用向量距离算法（中小型的不太复杂的网络中，一般30秒更新一次，学习是先见为主，有效性和正确性，如果长时间没有发来关于一个网络路由，在等待180s时间，自动删除路由表项），开放式最短路径优先协议OSPF:利用链路状态算法。（最短路径优先算法，适用于复杂的规模巨大的网络（10个网络以上），只有一个骨干网络，骨干区域为area0，区域标识按IP地址格式。）26.慢收敛问题带来的环路问题的解决方案：（1）限制路径最大“距离”对策。（距离等于或者大于16，则自动删除列表）（2）水平分割对策（路由器从某一个接口学习的，在发送信息的时候，从这个端口发出时，不再发送这个列表）。（3）保持对策。(保持时间60S,发现一个直连网络有问题，则设置为特殊状态,不再更新)。（4）带触发刷新的毒性逆转对策。27.IP的传输方式：单播、组播（D类组播地址，用于视频会议和视频点播，没有纠错机制）、广播（用于有线电视网）。28．组播的协议：组管理协议（IGMP(Internet组管理协议)和CGMP（Cisco专用的组管理协议））和组播的路由协议（域路由协议和域内路由协议（密集模型（适用于带宽充裕的网络）和稀疏模型（未必充裕的网络）））。29.IGMPv1定义了基本的组成员查询和报告过程。IGMPv2在IGMPv1的基本上添加了组成员快速离开的机制。IGMPv3中增加的主要功能是成员可以指定接收或指定不播某些组播源的报文。30.组播路由由源地址、组地址、入接口列表和出接口列表（必须匹配前三个信息）。31.IGMP协议是双向的。32.IPv6地址类型:单薄地址、组播地址和任播地址、特殊地址。IPv6分为基本头和多个扩展头，基本头固定40字节的长度。33.载荷长度：有效载荷长度，包括扩展头和数据部分。存在扩展头，该域段的值指明下一个扩展头的类型；如果无扩展头，该域段的值指明高层数据的类型，如TCP、UDP或CMPv6。34.IPv6数据报的扩展头包含的内容：逐跳选项头，目的选项头，路由头，分片头，认证头、封装安全有效载荷报头。35.IPv6的地址自动分配：有状态和无状态两种形式。36.DHCPv6服务器向主机发送多播“DHCP”请求信息。37.TCP/IP是传输层端对端数据传输的。38.TCP:传输控制协议（面向连接、可靠的，全双工，使用了流接口，可以传输数据流。TCP选择重发等待时间具有适应性。利用Karn算法）；UDP用户数据报协议。互联层仅仅包装传输层的数据包。39.窗口和窗口通告可以有效控制TCP的流量，发送方的数据不会溢出接收方的缓冲空间。40.FTP端口20负责传输数据，21负责控制。SMTP的端口是25。WWW服务器使用的端口号是80。41.TCP请求报文提供一个32位的随机数。42.UDP面向非连接，不可靠的服务。43.根据NAT技术分类，主要分为：静态NAT（映射关系是人手工配置的）、动态NAT（用全局地址构成地址池，当NAT地址池中的全局地址被全部占用之后，NAT设备拒绝再来的呆滞转换申请）和网络地址端口转换NAPT（多个计算机共享极少数全局地址）。44.NET转换技术，外网不能主动访问内网。四、Internet基本服务：1.C/S：多个服务器并发请求：重复服务器（包含请求队列，按照先进先出）和并发服务器（创建子进程，很耗费资源）。2.对等计算模型（P2P）:①所有的计算机都可以当服务器。用中心服务器存放各个资源的目录。持续运转。Napster是一种典型的代表软件②分布式非结构化P2P网络，没有中心服务器，采用泛洪方式，负载很重，适用规模较小的网络，Gnutella，没有中心服务器，采用TTL机制决定是否继续转发信息③分布式结构化P2P网络：分布式散列表，非中心化和自组织，有良好的可扩展性,维护成本大pastry,tapestry,chord,CAN④混合式结构P2P：按能力分类：用户节点、收索节点（维护用户节点）、索引节点（维护搜索节点）。Skype,pplive、BT。3.域名的原则：唯一性、便于管理、高效的进行映射。4.层次型域名机制：域名方法：开头和结尾是字母或数字，由字母、数字和连字符组成。不区分大小写，每层最长不超过63个字符，总长度不超过255个字符。5.主机名.机构名.网络名.顶层域名。6.mil军事机构、int国际机构、org其他非营利性组织、net网络组织。7.域名解析器：解析域名的软件。域名服务器：处理域名解析器的服务器。8.域名解析采用自顶向下的算法。解析算法：递归解析（一次解析）和反复解析（分层解析）。9.先从本地域名解析，如果无果，则从根目录解析。10.远程登录协议（Telnet）:采用客户机和服务器模式。网络虚拟终端NVT格式将不同的用户本地终端格式统一起来。依赖于TCP链接。11.FTP服务：采用c/s模式，通过TCP建立双重连接：一个控制链接，一个数据连接。12.主动模式（默认模式）：服务器通过控制连接利用PORT命令将客户机数据数据传输所使用的端口号发送给服务器（服务器被动）。被动模式：（服务器模式，使用PASV命令）。13.FTP命令采用7位ASCII码。FTP命令由4位大写字母组成。14.FTP协议支持两种文件传输方式：文本传输（ASCII文件类型和EBCDIC文件类型（采用EBCDIC编码 ））和二进制文件传输（按实际的BIT来传输，原样传输）。15.FTP没有定义端口，则用户使用的接口程序通常有三种：（1）传统的FTP命令。（pwd:显示当前的工作目录）（2）浏览器（3）下载工具：使用断点续传。工具：cuteftp、netants。16.FTP访问控制：ftp服务器利用用户账号控制用户对服务器的访问权。用户名Anonymous,口令guest。17.传输协议：SMTP负责发送邮件。（建立连接，传输邮件，连接关闭）POP3（TCP连接，认证阶段，事务处理阶段，更新阶段）和IMAP负责接收邮件。18.邮箱名@邮箱服务器。19.电子邮件的格式：（1）RFC82（邮件头和邮件体）（2）MIME协议（多添加了邮件头字段）。编码：带引见符的可打印编码和基数64编码。20.Web服务：以HTML和HTTP(超文本传输协议)。提供了统一的图形用户界面。21.通过URL（统一资源定位器）：包括：协议类型、主机名、路径及文件。22.WWW系统的传输协议：建立在TCP连接的基础上，面向对象连接。五、新型网络应用：1.即时通信系统：（IM）（客户机/服务器模式：通过中转服务器的中转。客户机/客户机（点对点模式））RFC2778文件描述了即时通信系统。除了实时的交换和跟踪功能外，还有：音频/视频聊天（UDP连接）、应用共享（TCP连接）。2.QQ聊天通信的信息是加密的。聊天方式：（1）客户机之间建立TCP或UDP连接，如果不行，则建立中转连接。文件是点到点连接。3.即时通信系统的协议：基于SIP协议（会话初始化协议，在TCP或者UDP上传输，支持多种信息类型，按逻辑划分为：用户代理、代理服务器、重定向服务器、注册服务器）框架的SIMPL协议和基于JABBER协议（支持即时通信服务，不需要建立会话通道）框架的XMPP协议集（采用了客户机/服务器的系统构架，采用分布式网络，采用了统一的寻址方案）。4.网络文件系统NFS：文件共享系统，其通信协议与主机及操作无关。只要使用“mount”命令就可以把文件挂接在自己的文件系统之下。Window文件共享：1.NetBIOS协议2.CIFS协议（可以对文件锁定和解锁，权限设定）。P2P文件共享（六度分割算法）：出现的bittorrent出现，最初需要中心服务器，中心服务器是tracker服务器，用.torrent文件包含，是种子。Tracker服务本身不存文件，它只提供下载用户的信息。IPTV基本业务：视频点播（VOD）、广播电视(运用了组播技术)、时移电视。IPTV基本技术：视频数字化、传输IP化、播放流媒体化。VOIP（IP电话）（终端设备、网关、多点控制单元、网守）：基于IP网络的语音传输技术。（IP是数字信号）。（补充：网关的作用：号码查询、信号调制、路由寻址）Skype:一款Internet及时语音通信软件。采用了VoIP和P2P技术。能突破防火墙的限制。（通过256位密钥的AES算法加密）。最多5为用户同时通信。全能搜索引擎组成：搜索器、索引器、检索器和用户接口。Google采用了分布式爬行系统网页采集技术、页面等级技术和超文本匹配分析技术。社交网络分类：微观层次、中间层次和宏观层次。六、网络管理协议和网络安全1.网络管理的对象：硬件管理（物理介质、计算机设备和网络互联设备）和软件资源（操作系统，应用软件和通信软件）。2.网络管理的功能：（1）配置管理（数据的维护，监视网络的故障）（2）故障管理（发现和排除故障）（3）计费管理（4）性能管理（性能的检测）（5）安全管理3.网络福安里的模型：（1）集中式管理（有管理站）（2）分布式管理。4.网络管理协议：国际化标准组织ISO：CMIS和CMIP,Internet工作任务组IETF指定的是：SNMP。5.SNMP位于网络模型的应用层。都有一个代理，从被管设备中收集数据有轮询和基于中断两种方法。6.CMIP协议：公共管理协议，管理联系的建立、释放都是通过联系控制协议（ACP）实现的，操作和事件报告是通过远程操作协议（ROP）实现的。CMIP采用报告机制，具有及时性的特点；减少终端用户的工作负担；建立安全管理机制，提供授权、访问机制、安全日志等功能；实施复杂且花费高。7.信息安全的实现要靠：先进的技术、严格的安全管理、法律约束与安全教育。8.D1最小安全保护：客户机系统，DOS、Window9x、Windows3x。C2:用于服务器系统，Uinx、WindowsNT。9.网络安全：保护系统部件、程序。数据的安全性，通过信息存储、传输、和使用过程体现。信息的存储安全（访问权限、身份识别）和传输安全。10.OSI安全框架关注三个方面：安全攻击（被动和主动攻击）（服务攻击和非服务攻击）、安全机制和安全服务。11.安全服务主要包括：安全传输、信息保密、分配和共享秘密信息、通信协议。由程序引起的威胁有2种：信息访问威胁和服务威胁。12.加密技术：密码分析学：研究破译密码获得消息的学科。13.处理明文的方法：分组密码和流密码。14.密码分析学：分析攻击和穷举攻击。（无条件安全和计算上的安全）15.对称密码：（1）数据加密标准（DES）：采用64位明文初始置换重新排列后和56位密钥进行一系列变换得到64位输出密文。由美国制定。（2）高级加密标准（AES）：它的密钥长度为128,192或256位，分组长度为128位。（3）Blowfishi算法：密钥的长度是不固定的，分组长度是64位。运用了置换和代换技术。（4）RC5：RC5的分组长度和密钥长度都是可变的。16.非对称密码：RSA既能用于加密，又能用于数字签名的算法。RSA是一种分组密码。分组的大小必须小于或等于㏒2^n。17．C=M^e%N(密文)。18.（1）Elgamal算法：基于离散对数的公钥密码体制和椭圆曲线加密体系。生成密文长度是明文的两倍。（2）19.密钥分发中心（KDC）:可信的网络实体。认证中心（CA）：用于验证密钥。20.消息的认证：（1）消息的来源（2）认证消息的来源（信息认证码和篡改检测码）（3）认证信息的序号和时间。21.消息认证的模式：单向性和双向认证。22.消息认证码是一个编码函数。23.身份的认证：口令认证（S/key协议和口令牌认证），持证认证和生物认证。24.满足身份认证协议的条件：（1）一次一密机制（2）X.509认证协议：通过X.500目录认证服务的框架。使用公钥加密技术。（3）Kerberos认证协议：由麻省理工学院开发。适用于TCP/IP协议，基于对称密钥体制，它与网络上的每个实体共享一个不同的密钥。25.Kerberos特点：（1）一般使用DES算法（2）与每一个实体产生会话。安全技术应用：安全电子邮件:1.PGP:邮件加密方案，它的操作由：鉴别、机密性、压缩、电子邮件加密方案和分段。加密不能采用AES算法。数字签名：采用DSS/SHA或RSAA/SHA。2.S/MIME：的功能：（1）加密的技术（2）签名的数据（3）透明签名的数据。网络层的安全性：IPSEC(IP安全协议)是在网络层提供的一组协议。包括两个主要的协议：身份认证头协议（AH）和封装安全负载（ESP）协议。建立网络层逻辑连接，该逻辑通道称为安全协定（SA）,SA定义的逻辑连接是单工的。（1）AH协议（身份头认证协议，AH协议提供源身份认证和数据完整性，但没有提供秘密性。AH头在原有IP数据报数据（例如TCP或UDP）和IP头之间。）ESP协议：而ESP协议提供了数据完整性、身份认证和秘密性。ESP协议不但提供了源主机身份认证，而且提供了网络层秘密性。ESP比AH协议更加的复杂。Web流量安全方法分为：网络级、传输级、应用级。入侵检测技术：统计异常检测（阀值检测和基于轮廓的检测）和基于规则的检测。26.入侵检测的一个基础工具是审计记录。27.默认内网安全级别高，外网安全级别低，内网安全级别高，默认内网可以访问外网，外网不可以访问内网。28.防火墙的二类：包过滤防火墙、应用级防火墙、电路级网关、堡垒主机。29.病毒一般藏在可执行程序的头部或者尾部。30几种常见的病毒：宏病毒：利用了在word其他办公软件中发现的特征（称为宏），自动执行的宏使得创建宏病毒的可能，如打开文件、关闭文件和启动应用程序等。电子邮件病毒：将MicrosoftWord宏嵌入在电子软件中，一旦软件打开，该word宏就会被激活。特洛伊木马：伪装成一个使用工具或者游戏，诱使用户将安装在PC或服务器上，以获得用户的账号和密码等。要注意的是木马程序本质上不能算是一种病毒。计算机蠕虫：通过分布式网络来扩散传播特定信息或错误，破坏网络中的信息或造成网络中端的病毒。反病毒软件：第一代：简单地扫描程序。第二代：启发式的扫描程序。第三代：行为陷阱第四代：全方位的保护。一下是我补的一些做题中遇到的知识点：100BASE-TX：使用两对5类非屏蔽双绞线或2对一类屏蔽双绞线，一对用于发送，一对用于接收，支持去全双工。100BASE-T4不支持全双工。100BASE-FX支持两芯的单模或多模光纤，传输达2km，支持全双工。MAZE支持在线资源的搜索，支持多点下载和断点续传，支持即时通信和BBS。IP数据报格式：报头取和数据区。以太网帧的数据结构：在以太网中，目的地址字段的使用的地址长度为48位。网络全文搜索引擎的基本组成：搜索器、检索器、索引器、用户接口。操作系统的笔记（郜强）一、操作系统的特点：1），并发性2），共享性共享方式：互斥共享，同时共享3）随机性（异步性）操作系统的功能：1.进程管理(进程控制、进程同步、进程间通信、调度)2.存储管理（内存的分配与回收、存储保护、内存扩充）3.文件管理（文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性）4.设备管理（缓冲管理、设备分配、设备处理）5.用户接口（命令接口、程序接口、图形接口）命令解释器系统属于操作系统二、操作系统的分类：按功能分类：1.批处理系统（不适合调试，自动化比较高，效率高，批处理作业由作业控制说明书完成使用一般指令和特权指令SPOOLing假脱机技术：将一台独占设备改造成共享设备的一种行之有效的技术）SPOOling的组成：输入井（放在外部设备）、输出井、输入进程、输出进程和请求打印队列SPOOLing技术可以实现设备的虚拟分配2.分时系统（多用户使用）特点：1.多路性：多个用户同时使用一台计算机 2.交互性：用户直接干预操作的每一步 3.独占性：用户感觉不到其他用户的存在 4.及时性：系统对用户的请求及时响应3.实时系统（在规定的时间之内对请求做出响应）特点：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性4.嵌入式系统特点：系统内核小、专用性强，系统精简，高实时性，多任务性5、个人计算机操作系统特点：界面友好，使用方便6.网络操作系统（客户服务器模式（c/s），对等模式）7.分布式操作系统特点：1.分布性2.并行性3.透明性4.共享性5.健壮性8.智能卡操作系统（依赖于芯片）网络和分布式系统的关系：分布式具有各个计算机通讯，无主从关系，网络有分布式系统资源为所有的用户所共享，网络有限的共享分布式系统中若干个计算机课相协作共同完成一项任务操作系统的结构1.整体式结构（通过接口几个模块连接成了一个整体，对信息的随意约定，造成了模块的循环调用，独立性差。结构紧密，接口简单）适应性差，适用于规模比较小的，比较稳定系统2.层次结构（把一个模块划分成好多层，层与层之间单向调用，分为三层：操作系统层、系统程序层、应用层）易于修改、易于调试、微内核结构（现代的趋势，将大多数操作系统的功能由用户实现，操作系统只提供文件服务、进程服务）UNIX系统属于多用户分时系统，Windows系统属于多用户操作系统，没有分时。我们用的属于单用户多处理。批多道系统首先要考虑系统效率和吞吐量。（重点）二、1.中央处理器CPU（包含运算器、控制器、寄存器（CPU访问速度最快的）和高速缓存（速度仅次于寄存器））利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速处理内存访问得以匹配，从而提高CPU的效率2.寄存器包括用户可见的寄存器和控制和状态寄存器（用户不可见的）3.用户可见的寄存器包括数据寄存器（通用寄存器，放准备执行的数据和指令）、地址寄存器（存放地址和特定的寻址方式）以及条件码寄存器（用于保存CPU操作结果的各种标志，比如存储的溢出）4.控制寄存器包括：程序计数器(PC,存放指令的地址)和指令计数器(IR)、程序状态字(PSW)。5.处理器的状态分类：管态：在特权指令下运行的状态。目态：在非特权指令下运行的状态。（通过中断从目态转换到管态，通过PSW可以从管态转换到目态）有些系统将处理器划分为核心状态、管理状态和用户程序状态。6.条件码：反映指令执行后的结果特征。中断屏蔽码：指出是否允许中断。7.CPU的工作状态码：指明是管态还是目态。8.存储保护：用界地址存储器（界限存储器）和存储键。9.中断包含硬件处理系统和软件处理程序。用中断寄存器来处理多种中断产生的情况，有若干个中断组成。典型的中断处理程序：1.I/O中断分类：I/O操作正常结束和I/O异常中断。2.时钟中断（处理器时间调度和维护软件时钟、控制系统定时任务）3.硬件故障引起的中断4.程序性中断(可由操作系统相关拓展功能模块完成和由程序自己完成)5.系统调用中断系统调用和一般的过程调用的特点：运行在不同的状态：系统调用在管态，一般调用在目态。状态的装换：系统调用时从目态转换到管态。返回问题：一般的调用直接返回，抢占式调度，系统调用对返回的优先级进行分析。嵌套调用（都可以执行）。系统调用的目的是请求系统的服务。5）I/O控制的方式：1.通道（独立于中央处理机，专门负责数据的处理机,代替cpu对I/O进行控制，引入通道为了让CPU去做别的事）。2.DMA技术(通过独立控制单元成块传输数据，传输大量的数据)3.缓冲（为了使CPU与传输口的速度一致）。包含：单缓冲区和多缓冲技术。6）时钟：操作系统的时钟多半是由硬件做成的。一般分为硬件时钟和软件时钟。用途分为：绝对时钟和相对时钟。三．（重点）1.程序的顺序执行（顺序执行，封闭性，结果的确定性，程序结果的可在线性）2.多道程序的设计（独立性，随机性，资源共享性）。3.程序的并发执行（具有相互制约的关系，程序与计算不再一一对应，并发程序执行结果不可在再现）。4.进程（并发性、动态性，独立性，交往性，异步性）是正在执行的程序，进程是动态的，程序是静态的5.进程的三种基本状态：1）就绪状态（可以有多个就绪状态）2）运行状态（单处理器只有一个进程）3）等待状态.、4）创建状态5）。结束状态6）挂起状态7）激活状态6.进程状态间的转换（1）新状态就绪状态（2）就绪状态执行状态（3）执行状态阻塞状态（4）执行状态就绪状态（5）阻塞状态就绪状态（6）执行状态终止状态7.进程控制块（PCB）由程序、数据、进程控制块8.用PCB表来管理进程线性模型（1）线性方式（简单，不需要额外的开销）（2）索引方式（3）链接方式9.进程的1队列：（1）就绪队列（2）等待队列（3）运行队列10.进程的控制：（用特定的原语执行（不可分割性））创建原语，撤销原语，阻塞原语，唤醒原语。11.unix的fork()函数，父进程通过fork()创建子进程，只被执行一次，返回练此结果，子进程返回0，父进程返回子进程的PID.12.进程的创建：创建一个PCB。13.进程的阻塞：1.引起进程撤销的事件有3类：1）进程的结束2）在进程期间出现某些错误和故障而使进程终止。3）进程应外界的请求而终止运行。14.进程的唤醒：1）请求系统服务达到满足2）启动某种操作完成3）新数据已经到达4）有新工作可做。进程的两个属性：调度和执行的基本单位、资源分配和拥有的基本单位。15．线程：拥有进程的一个属性：调度和执行的基本单位（没有资源）16.一个线程可以创建和执行另一个线程。17.线程和进程的比较：（1）.调度：无论是在哪一种操作系统当中，进程都是拥有资源的基本单位。（2）.并发性不仅几个进程可以并发执行，几个线程之间也可以并发执行。（3）.拥有资源（无论哪种操作系统，进程都是拥有资源的一个独立单位，一般情况下，线程自己不拥有系统资源，但线程可以访问属于进程的资源）。（4）系统开销。18.线程的实现机制：（1）用户级线程（用户管理）（2）.内核级线程（3）混合实现方式19.Pthread线程宝：一套用户级线程库。20.进程调度的概述：1）高级调度（批处理系统中）2）中级调度（根据一定的算法，从就绪队列当中选出一进程，把CPU分配给它）3）低级调度（按一定的算法，将内存中处于等待状态的某些进程调至外存对换区，来腾空这些内存）。21.算法设计的原则：（1）面向用户的原则（用的时间短）（2）面向系统的原则（系统吞吐量）22.进程的调度算法：（1）先来先服务（FCFS）（非抢占式的，优先级相同的时候随机，有利于长进程，不利于短进程）（2）最短作业调度算法（SPF）（优先权服务=运行时间，对长进程不利）（3）最短剩余时间优先调度算法（SRT）(抢占式的动态版本)。（4）时间片轮转调度算法（RR）(5)最高优先级算法（抢占式或者非抢占式静态或者动态的优先权）（6）多级反馈队列调度算法（各种调度算法的结合）（7）实时系统中方的调度算法（速率单调调度算法，最早最终时限优先调度）（重点）四、并发与同步1.进程的相关作用：1）相关进程和无关进程（进程的关系分为进程的互斥（分为（1）由竞争双方平等协商（2）引入进程管理者）和进程的同步），同一个资源两个程序交替执行会发生与时间有关的错误2.资源共享的程度分为三个层次：互斥（两个进程只有一个可以使用）、死锁（两个进程都申请一个资源，最后执行不下去）、饥饿（有自愿申请不到）。3.临界资源的概念：这些资源只允许一个进程使用或访问。4.进程同步所遵循的原则：（1）空闲让进（临界资源没被占用，允许一个进程使用）（2）忙则等待（3）有限等待（4）让权等待。5.进程互斥的软件方法：1.单标记算法2.双标志，先检查算法3.双标志，后检查算法4.先修改，后检查，后修改等待算法6.进程互斥的硬件方法：1.TS指令（设置公共变量lock，资源占用时为ture,false表示空闲，使用的时候修改）2.Swap指令（设置一个公共变量lock,初使用时是false，与key交换，交换成ture）3.信号量（由操作系统判定Dij提出，整型信号量就是一个整型变量，当其值大于0时，对应可用资源的数目，当其值小于0时，其绝对值代表该类资源而被阻塞的进程的数目，当其值等于0时，表示系统中对应资源已经用完）7.对信号的操作通过两个标准的原语来访问，这两个操作称为P操作（申请）和V操作（释放）8.管程：原因：在PV操作的基础上对新的进程同步管理程序。9.管程的四部分组成：管程名称、共享数据的说明、对该数据进行操作的一组过程、对共享数据设置初始值的语句。10．管程当中的原语：Wait原语：当某进程请求未获得满足，用wait使进程处于阻塞状态。Signal原语当一个进程执行完，用此原语唤醒等待队列的第一个进程。11.管程的特点：1.模块化2.抽象数据类型3.信息隐蔽（半透明）12.进程通信：PV操作的通信称为低级通信，大量信息传递称为高级通信（管道通信）。13.进程之间的高级通信方式：1.共享内存2.消息机制3.通过共享文件。14.（1）消息缓冲通信（2）信箱通信方式（操作分为（1）信箱通信操作（2）信箱的分类（私有信箱、公有信箱、共享信箱））（3）进程间的关系：一对一，多对一，多对多，一对多。15.管道通信时实现他们之间的共享文件，最早使用于UNIX系统中。（重点）五．存储管理方案：1.存储体系：寄存器、高速缓存、内存、外存2.存储管理的主要内容：为用户分配主存空间，并从逻辑上扩充主存空间，使主存在成本、速度和规模之间获得较好的平衡。3.内存空间分为：外存和内存，内存分为系统区和用户区。4.存储器管理的主要内容：1）内存的分配和回收(实现算法：位示图表示法、空闲页面表、空闲块表)2）存储共享3）存储保护4）权限保护5.内存的分配：（1）静态分配（2）动态分配存储共享：代码共享、数据共享。存储保护内容：（1）地址越界保护（2）权限保护6.扩充内存：采用虚拟存储技术或者其他交互技术7.地址转换：逻辑地址转化为物理地址（地址映射或者重定位（静态重定位（内存不可以移动）和动态重定位（执行过程中转换）））8.固定分区：最早使用的一种以运行多道程序的存数管理方式，要求把作业全部装入主存，且装入一个连续的存储空间。9.主存空间的分配：用分区分配表。10.主存空间的回收：0表示空闲，可以来装入新的作业。11.可变分区：（1）分区中所用的数据结构（2）解决问题：（1）分区的分配算法（3）分区的分配和回收。12.移动技术（碎片整理）：整理和回收的碎片总和再进行分配。（注意事项：（1）移动会增加系统的开销、移动是有条件的）。13．可变分区的实现：设置了两张表：已分分区表和空闲分区表。（从小到大排序）14.常用的主存分配算法：（1）最先适应算法（找到第一个合适的作业，简单，容易产生碎片）（地址递增）（2）最优适应分配算法：挑选出满足作业要求的最小间算法（长度递增）。3.最坏适应算法（WF）与最优相反（长度递减）（4）下次分配算法。15.主存空间的回收：（1）回收分区前后没有相邻的空闲分区。（增加一个新的分区，空闲区加一）（2）回收分区的前面有相邻的空闲分区（将两个空闲分区合并成一个大的空闲分区）（3）回收分区的后面有相邻的空闲分区（分区的个数没有发生改变，合并了大小发生改变）（4）回收分区前后都有相邻的空闲分区（空闲分区的个数减一，起始地址没有改变，大小改变）。16.覆盖技术：一个程序的若干程序段或几个程序的某个部分共享某一个存储空间。17.交换技术：把主存中暂时不能运行的进程换到外存上。交换技术需要考虑的问题：1.换出进程的选择（2）交换时机的确定（3）交换空间的分配（4）换入进程换回内存时位置的确定。（重点）18.页式存储管理：将用户作业的地址分成若干个大小相等的区域，称为页面或页。从0开始编号。相应的，主存空间分成与页大小相等的块，进行编号，从0开始。（离散型存储），一个页放到一个块中。19.程序的逻辑存地址由页号和页内地址组成。页式存储的地址转换属于动态重定义。20.页式存储管理的主存空间的分配与回收（1）采用的数据结构，系统设置了主存分配表（存放页表所在位置的首地址的）、位示图（用来反应哪些块是使用的，哪些是未使用的）和页表（用来存放页号和块号的对应位置）21.主存空间的回收：根据主存分配表中的记录、取出页表，从页表中找出所对应的块号，在位示，将占用位置0，加入空闲数的总数。（1代表被使用，0表示未被使用）22.页表的分类：（1）多级页表（2）散列页表（3）反置页表。23.快表：CPU第一次访问页表，形成物理地址第二次在主存中获取数据。（快表在高速缓存中，CPU同时访问快表和页表）。24.虚拟存储的管理方式：把作业的一部分装入主存便可以运行，虚拟存储器的容量称为最大容量，与地址寄存器的位数决定的。有最大容量（不超过主存和硬盘之和）。物理25.页式虚拟存储：放入部分页在主存中，增加了请求掉页功能和页面置换功能。26.虚拟存储采用的数据结构：位示图，页表，主从分配表。27.页面置换的算法： 1.先进先出置换算法（FIFO）最早进入的页面不使用的可能性最大。淘汰最早进入的页面。2．最近最久未使用算法（LRU）：程序局部性原理（最长时间没被访问的页）3.最近最不经常使用算法（LFU）：淘汰最不经常使用的页 4.理想页面置换算法：从主存中移出永远不使用的页面（最久不会被使用的）5.最近未使用页面算法（NRU）:从0开始淘汰，0.没有被访问，没有被修改1.没有被访问，已经被修改。2.已被访问，没有被修改3.已被访问，已被修改。6.第二次机会页面置换算法。7.时钟页面置换算法。28.缺页中断率：（1）分配给程序的内存块数。（2）页面的大小（3）程序编制方式（4）页面置换算法29.段式存储管理方式：作业被划分成若干个段，每段定义了一组逻辑信息，采取连续的地址，每个段的空间的长度不一，每个段都是从0开始编制。（逻辑地址是由段号和段内地址）。段表存的是：段号、段始址、段长。（逻辑的方式）（先分段，再分成大小相同的页，每个页分几个块）（重点）六．文件管理1.文件的基本概念：放在外存上的已命名的一组相关信息的集合。2.文件系统：包括文件和目录相关的子系统3.文件属性包括：文件的类型、文件的长度、文件的物理位置、文件的存取控制、文件的建立时间。4.信息的存储要求：1.能够存储大量的信息2.长期保存3.信息的共享5.文件系统的两种角度： 1.用户的角度：关心文件的上面组成，如何命名，如何保护，如何操作。 2.操作系统的角度：文件的目录怎样实现，怎样管理存储空间，文件存储位置。6.按文件的用途分类：系统文件、库函数文件、用户文件。7.按文件的组织形式：普通文件、目录文件，特殊文件。8.按文件的保护方式：只读文件、读写文件、可执行文件、无保护文件。9.按信息的流向分类：输入文件、输出文件、输入输出文件10.按文件的存放时限分类：临时文件、永久文件、档案文件11.按文件的介质类型分类：磁盘文件、磁带文件、卡片文件和打印文件。12.按照文件的组织结构分类：逻辑文件（流吃文件和纪录事文件）和物理结构（顺序文件、链接文件、索引文件）13.UNIX文件的分类：1.普通文件2.目录文件3.特殊文件。14.选择文件的逻辑结构的原则：（1）查找快捷（2）修改方便（3）空间紧凑（4）易于操作。15.文件的逻辑结构从形式上分为：有结构的纪录式文件和无结构的流式文件。16.文件的物理结构：又称文件的存储结构。文件的物理结构通常通常划分成大小相等的物理块。物理块是文件分配及传输信息的基本单位。物理块（物理记录）的大小与物理的设备有关，与逻辑记录的大小无关。17.文件物理结构的形式：（1）顺序结构（知道它的起始块号和文件长度，不能动态增长）（2）链接结构：物理块不必连续，并且在每一个物理块中设一个指针，指向下一物理块。Windows的FAT文件系统采用的是链接结构。（只能从第一个地址开始访问，只能顺序存储）。解决了碎片问题，有利于文件的插入和删除。存取速度比较慢。需要额外的空间。18.索引结构：建立一张索引表（信息的逻辑块号和物理块号）。用索引指针找到对应的索引表访问。（既可以顺序存储，又可以随机存储）。索引表对空间占用严重：解决方法：1.索引表的链接模式。2.多级索引19.索引结构的示例——I节点：I节点是一种多级索引结构，最早出现在UNIX系统中。20.文件的存储设备：1.顺序存储结构（磁带上的块不由指针来标记，由相对位置来存储，块间隙为块之间的物理距离，磁带适合于顺序存储，不适合于随机存储）2.随机存储设备：（磁盘磁道：系统通过磁道号完成对磁道的操作。柱面：扇区：每个扇区可以存放相等的字节（一般为512字节）磁头号：所有的磁头的编号）。21.磁盘空间的位置由三个因素决定：柱面号、磁头号、扇区号。访问磁盘的时间：寻道时间、延迟时间和传输时间。22.磁盘的地址包括：柱面号、磁头号、扇区号。23.文件目录：存放文件有关信息的一种数据结构。它包含多条记录，每一条记录为一个文件的文件控制块（FCB）(文件名和存储地址的对应关系)。24.文件目录包括：目录项（FCB）和目录文件（文件控制块的集合）。25.文件控制块包含：文件名，文件号、用户名、文件物理位置、文件长度。26.文件目录的管理形式：一级目录（容易发生重命名问题，不便实现文件的共享，适用于PC的单用户系统）、二级目录（主文件目录和用户文件目录）、多级目录。（1）层次清楚（2）解决了文件重名的问题（3）搜索速度快。27.访问文件的时候要进行文件的检索的方法：（1）全路径法（2）相对路径（保存在内存当中）。28.文件寻址：把FCB分成两部分：（符号目录项和基本目录项）29.分解之后的查找过程：首先访问符号目录文件，根据文件名查找相应的文件内部号，根据文件内部号计算出文件的相对位置和物理地址（提高查找速度）。30.存储空间的分配和回收：（1）位图法（描述能力比较强）（2）空闲块表（所有的空闲块记录在一个表中）（3）空闲链表（4）成组链接法。31.文件系统的实现：内存中所需的表目：（1）系统打开文件表（2）用户打开文件表32.记录：一组相关数据项的集合。是文件中数据处理的基本单位，是组成文件的基本元素。33.记录的成组：若干个逻辑记录合并成一组存入一个物理块的过程。记录分解：把一个物理记录分解成逻辑记录。34.文件的保护：一个文件被多个用户或程序使用共享形式：被多个用户使用，由存取权限控制 被多个程序使用，但各用自己的读写指针 被多个程序使用，但共享读写指针35．文件安全：（1）人为因素（2）系统因素（3）自然因素36.为了确保文件的安全性：（1）建立副本（容量小，重要的文件）（2）定时转储（容量大）（3）规定文件的读取权限。37.文件的存储权限：（1）存取控制矩阵（2）二级存取控制（第一级：把用户按照某种关系分为若干组，第二级进行操作权限识别）。（x表示执行）。28.文件保密：（1）隐藏文件目录（2）设置口令（可靠性差）（3）使用密码（解密和加密）29.文件系统的优化：（1）块高速缓存（2）合理分配磁盘空间（3）磁盘的驱动调度（高效、公平）（4）旋转调度算法（5）信息的优化分布（6）RAID技术（把对块独立的硬盘按照不同的方式组合起来形成一个硬盘组）30.一次访盘时间=寻道时间+旋转延迟时间+传输时间。 移臂调度目的是尽可能减少寻找磁道的时间。 旋转调度（当磁头号不同，扇区号相同时，随机读取一个，根据转动来读。）目的是尽可能减少寻找扇区的时间。31.磁盘调度算法： 1.先来先服务（FCFS）(简单，公平，效率不高)。 2.最短寻道时间爱优先（SSFT）(减少了磁臂的移动方向，会导致饥饿现象) 3.扫描算法（SCAN电梯算法）（来回服务，防止饥饿现象的产生） 4.循环扫描算法（C-SCAN）。（会出现磁臂的“黏着“现象）32.Windows的FAT文件系统： 1.FAT有三个版本：FAT-12，FAT-16，FAT-32. 2.FAT的结构包括：引导扇区、文件分配表、根目录。33.UNIX文件系统：UNIX目录中为每个文件保留了一项，每个目录项包含了；两个域，文件名和I节点号。UNIX普通文件的物理结构是三级索引结构。七、I/O设备管理：1.使用特性的分类：（1）存储设备（2）I/O(输入输出)设备。2.共享属性分类：（1）独占设备（spooling技术：把独占设备虚拟成共享设备，用输出井和输入井）。（2）共享设备。（3）虚拟设备。（通过虚拟技术将独占设备变换为若干逻辑设备）。3.按信息的组织方式分类：（1）块设备（磁盘，磁带）（2）字符设备（键盘、显示器、打印机）。4.I/O系统的结构：从硬件的角度来看，一个典型的计算机结构，中央是CPU和主存，通过总线与第二层的接口部分连接，第三层各种外围设备控制器，最外层是外围设备。5.I/O设备数据传送控制方式：（1）程序直接控制方式（盲等待）（适用于早期的无中断系统）（2）中断控制方式。（3）直接存储器存储控制方式（DMA）(块设备的存取)(4)通道控制方式：特殊的处理机，只执行I/O命令。通道方式放在主机内存中。通道所需要的CPU的干预更少。通道的分类：（1）选择通道。（可连接多台电脑，只允许一个设备同时通信）（2）字节多路通道（低速设备或中速设备）（3）数组多路通道。（链接多台高中速设备）。6.设备驱动程序的特点：