操做系統簡介和網絡基礎協議

時間 2019-11-25

原文原文鏈接

1、操做系統簡介程序員

一、爲何要有操做系統瀏覽器

操做系統是用來作一些繁瑣複雜的工做，從而使程序員更專一於應用軟件的編寫。應用軟件能夠用操做系統提供的功能間接的使用硬件。服務器

二、什麼是操做系統網絡

操做系統就是協調、管理、和控制計算機硬件資源和軟件資源的控制程序。它位於硬件和軟件之間。操做系統有操做系統的內核（運行於內核態，管理硬件資源）以及系統調用（運行於用戶態，爲應用程序員寫的應用程序提供系統調用接口）兩部分組成，因此，說操做系統是運行於內核態的，是不許確的。socket

三、操做系統的兩部分功能tcp

一個是隱藏了醜陋的硬件調用接口，爲應用程序員提供調用硬件資源的更好、更簡單、更清晰的系統調用接口。另外一個是將應用程序對硬件資源的競態請求變得有序化。spa

四、操做系統與普通軟件的區別操作系統

（1）操做系統由硬件保護，不能被用戶修改。.net

（2）操做系統與用戶程序的差別並不在於兩者所處的地位。操做系統是一個大型、複雜、長壽的軟件。翻譯

五、操做系統發展史

第一代計算機（1940-1955）：真空管和穿孔卡片

第二代計算機（1955-1965）：晶體管和批處理系統

第三代計算機（1965-1980）：集成電路芯片和多道程序設計

第四代計算機（1980-至今）：我的計算機

六、操做系統的兩大做用

做用一：爲應用程序提供如何使用硬件資源的抽象，該抽象是簡單、清晰、優雅的接口。

做用二：管理硬件資源如今的操做系統能同時運行多道程序，它的任務是在相互競爭的程序之間有序的控制對處理器、存儲器以及I/O接口設備的分配。

七、多路複用

處理來自多個程序發起的多個共享資源的請求，簡稱多路複用。多路複用有兩種實現方式

（1）時間上的複用

當一個資源在時間上覆用時，不一樣的程序或用戶輪流使用它，第一個程序獲取該資源使用結束後，在輪到下一個。

（2）空間上的複用

每一個客戶都獲取了一個大的資源中的一小部分資源，從而減小了排隊等待資源的時間。

時間上的複用和空間上的複用合起來即是多道技術

2、網絡基礎協議

一、操做系統基礎

操做系統簡稱OS，是管理和控制計算機硬件與軟件資源的計算機程序，是直接運行在「裸機」上的最基本的系統軟件，任何其餘軟件都必須在操做系統的支持下才能運行。

二、網絡通訊原理

（1）互聯網的本質就是一系列的網絡協議，它的功能是定義計算機如何接入internet，以及接入internet的計算機通訊的標準。

（2）互聯網協議按照功能不一樣分爲osi七層、tcp/ip五層和tcp/ip四層

每層運行常見物理設備

（3）tcp/ip五層模型講解

① 物理層

物理層的由來：多個計算機之間必須用internet鏈接起來完成組網

物理層的功能：主要是基於電器特性發送高低電壓(電信號)，高電壓對應數字1，低電壓對應數字0

② 數據鏈路層

數據鏈路層由來：單純的電信號0和1沒有任何意義，必須規定電信號多少位一組，每組什麼意思

數據鏈路層的功能：定義了電信號的分組方式

以太網協議：電信號分組方式造成的統一標準，即以太網協議ethernet。ethernet規定：一組電信號構成一個數據包，叫作‘幀’，每一數據幀分紅：報頭head和數據data兩部分。

head包含：(固定18個字節)，發送者／源地址，6個字節，接收者／目標地址，6個字節，數據類型，6個字節。

data包含：(最短46字節，最長1500字節)

數據包的具體內容：head長度＋data長度＝最短64字節，最長1518字節，超過最大限制就分片發送。

mac地址

head中包含的源和目標地址由來：ethernet規定接入internet的設備都必須具有網卡，發送端和接收端的地址即是指網卡的地址，即mac地址。

mac地址：每塊網卡出廠時都被燒製上一個世界惟一的mac地址，長度爲48位2進制，一般由12位16進制數表示（前六位是廠商編號，後六位是流水線號）

廣播

有了mac地址，同一網絡內的兩臺主機就能夠通訊了（一臺主機經過arp協議獲取另一臺主機的mac地址）

③網絡層

網絡層由來：找出一種方法來區分哪些計算機屬於同一廣播域，哪些不是，若是是就採用廣播的方式發送，若是不是，就採用路由的方式（向不一樣廣播域／子網分發數據包），mac地址是沒法區分的，它只跟廠商有關。

網絡層功能：引入一套新的地址用來區分不一樣的廣播域／子網，這套地址即網絡地址

IP協議：

規定網絡地址的協議叫ip協議，它定義的地址稱之爲ip地址，普遍採用的v4版本即ipv4，它規定網絡地址由32位2進製表示，範圍0.0.0.0-255.255.255.255，一個ip地址一般寫成四段十進制數。

IP地址分紅兩部分：一個是網絡部分，標識子網。另外一個是主機部分，標識主機

子網掩碼

所謂」子網掩碼」，就是表示子網絡特徵的一個參數。它在形式上等同於IP地址，也是一個32位二進制數字，它的網絡部分所有爲1，主機部分所有爲0。知道」子網掩碼」，咱們就能判斷，任意兩個IP地址是否處在同一個子網絡。方法是將兩個IP地址與子網掩碼分別進行AND運算（兩個數位都爲1，運算結果爲1，不然爲0），而後比較結果是否相同，若是是的話，就代表它們在同一個子網絡中，不然就不是。

IP數據包

ip數據包也分爲head和data部分，無須爲ip包定義單獨的欄位，直接放入以太網包的data部分。head：長度爲20到60字節，data：最長爲65,515字節。而以太網數據包的」數據」部分，最長只有1500字節。所以，若是IP數據包超過了1500字節，它就須要分割成幾個以太網數據包，分開發送了。

ARP協議

arp協議由來：全部上層的包到最後都要封裝上以太網頭，而後經過以太網協議發送。通訊是基於mac的廣播方式實現，計算機在發包時，獲取自身的mac是容易的，如何獲取目標主機的mac，就須要經過arp協議

arp協議功能：廣播的方式發送數據包，獲取目標主機的mac地址

④ 傳輸層

傳輸層的由來：網絡層的ip幫咱們區分子網，以太網層的mac幫咱們找到主機，而後你們使用的都是應用程序，那麼咱們經過ip和mac找到了一臺特定的主機，如何標識這臺主機上的應用程序，答案就是端口，端口即應用程序與網卡關聯的編號。

傳輸層功能：創建端口到端口的通訊。端口範圍0-65535，0-1023爲系統佔用端口

tcp協議

可靠傳輸，TCP數據包沒有長度限制，理論上能夠無限長，可是爲了保證網絡的效率，一般TCP數據包的長度不會超過IP數據包的長度，以確保單個TCP數據包沒必要再分割。

不可靠傳輸，」報頭」部分一共只有8個字節，總長度不超過65,535字節，正好放進一個IP數據包。

⑤應用層

應用層由來：用戶使用的都是應用程序，均工做於應用層，互聯網是開發的，你們均可以開發本身的應用程序，數據多種多樣，必須規定好數據的組織形式。

應用層功能：規定應用程序的數據格式。

（4）socket

咱們知道兩個進程若是須要進行通信最基本的一個前提是可以惟一的標示一個進程，在本地進程通信中咱們可使用PID來惟一標示一個進程，但PID只在本地惟一，網絡中的兩個進程PID衝突概率很大，這時候咱們須要另闢它徑了，咱們知道IP層的ip地址能夠惟一標示主機，而TCP層協議和端口號能夠惟一標示主機的一個進程，這樣咱們能夠利用ip地址＋協議＋端口號惟一標示網絡中的一個進程。可以惟一標示網絡中的進程後，它們就能夠利用socket進行通訊了，什麼是socket呢？咱們常常把socket翻譯爲套接字，socket是在應用層和傳輸層之間的一個抽象層，它把TCP/IP層複雜的操做抽象爲幾個簡單的接口供應用層調用已實現進程在網絡中通訊。

socket起源於UNIX，在Unix一切皆文件哲學的思想下，socket是一種"打開—讀/寫—關閉"模式的實現，服務器和客戶端各自維護一個"文件"，在創建鏈接打開後，能夠向本身文件寫入內容供對方讀取或者讀取對方內容，通信結束時關閉文件。

3、網絡通訊實現

想實現網絡通訊，每臺主機需具有四要素：一、本機的IP地址二、子網掩碼三、網關的IP地址四、DNS的IP地址。而獲取這四要素的兩種方式就是靜態獲取（手動配置）和動態獲取（經過dhcp獲取）

（1）最前面的」以太網標頭」，設置發出方（本機）的MAC地址和接收方（DHCP服務器）的MAC地址。前者就是本機網卡的MAC地址，後者這時不知道，就填入一個廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

（2）後面的」IP標頭」，設置發出方的IP地址和接收方的IP地址。這時，對於這二者，本機都不知道。因而，發出方的IP地址就設爲0.0.0.0，接收方的IP地址設爲255.255.255.255。

（3）最後的」UDP標頭」，設置發出方的端口和接收方的端口。這一部分是DHCP協議規定好的，發出方是68端口，接收方是67端口。

這個數據包構造完成後，就能夠發出了。以太網是廣播發送，同一個子網絡的每臺計算機都收到了這個包。由於接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是發給誰的，因此每臺收到這個包的計算機，還必須分析這個包的IP地址，才能肯定是否是發給本身的。當看到發出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，因而DHCP服務器知道」這個包是發給個人」，而其餘計算機就能夠丟棄這個包。接下來，DHCP服務器讀出這個包的數據內容，分配好IP地址，發送回去一個」DHCP響應」數據包。這個響應包的結構也是相似的，以太網標頭的MAC地址是雙方的網卡地址，IP標頭的IP地址是DHCP服務器的IP地址（發出方）和255.255.255.255（接收方），UDP標頭的端口是67（發出方）和68（接收方），分配給請求端的IP地址和本網絡的具體參數則包含在Data部分。

新加入的計算機收到這個響應包，因而就知道了本身的IP地址、子網掩碼、網關地址、DNS服務器等等參數。

4、網絡通訊流程

一、本級獲取：本機的IP地址、子網掩碼、網關的IP地址、DNS的IP地址

二、打開瀏覽器，輸入網址

三、DNS協議（基於udp協議）

13臺根dns

A.root-servers.net198.41.0.4美國
B.root-servers.net192.228.79.201美國（另支持IPv6）
C.root-servers.net192.33.4.12法國
D.root-servers.net128.8.10.90美國
E.root-servers.net192.203.230.10美國
F.root-servers.net192.5.5.241美國（另支持IPv6）
G.root-servers.net192.112.36.4美國
H.root-servers.net128.63.2.53美國（另支持IPv6）
I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
J.root-servers.net192.58.128.30美國
K.root-servers.net193.0.14.129英國（另支持IPv6）
L.root-servers.net198.32.64.12美國
M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）

頂級域名：以.com,.net,.org,.cn等等屬於國際頂級域名，根據目前的國際互聯網域名體系，國際頂級域名分爲兩類：類別頂級域名(gTLD)和地理頂級域名(ccTLD)兩種。類別頂級域名是以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等結尾的域名，均由國外公司負責管理。地理頂級域名是以國家或地區代碼爲結尾的域名，如"CN"表明中國，"UK"表明英國。地理頂級域名通常由各個國家或地區負責管理。

二級域名：二級域名是以頂級域名爲基礎的地理域名，比喻中國的二級域有，.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名，比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者*.abc.com.
通常來講，二級域名是域名的一條記錄，好比alidiedie.com是一個域名，www.alidiedie.com是其中比較經常使用的記錄，通常默認是用這個，可是相似*.alidiedie.com的域名所有稱做是alidiedie.com的二級

四、HTTP部分的內容，它會被嵌在TCP數據包之中。

五、TCP協議

TCP數據包須要設置端口，接收方的HTTP端口默認爲80，發送方（本機）的端口是隨機生成的1024-65535之間的整數。

TCP數據包的標頭長度爲20字節，加上嵌入HTTP的數據包

六、IP協議

而後，TCP數據包再嵌入IP數據包。IP數據包須要設置雙方的IP地址。

IP數據包的標頭長度爲20字節，加上嵌入的TCP數據包，總長度假設爲5000字節。

七、以太網協議

最後，IP數據包嵌入以太網數據包。以太網數據包須要設置雙方的MAC地址，發送方爲本機的網卡MAC地址，接收方爲網關的MAC地址

以太網數據包的數據部分，最大長度爲1500字節，而如今的IP數據包長度爲5000字節。所以，IP數據包必須分割成四個包。由於每一個包都有本身的IP標頭（20字節），因此四個包的IP數據包的長度分別爲1500、1500、1500、560。

八、服務器響應

通過多個網關的轉發，收到了這四個以太網數據包。根據IP標頭的序號，將四個包拼起來，取出完整的TCP數據包，而後讀出裏面的」HTTP請求」，接着作出」HTTP響應」，再用TCP協議發回來。本機收到HTTP響應之後，就能夠將網頁顯示出來，完成一次網絡通訊。