操作系统复习纲要

操作系统
3.5k 词

这是一篇关于操作系统这门课程的总复习纲要，本文内容将随着时间变化而更新。

数字通信

信道编码技术

1.信道复用技术
2.多址技术：频分多址(FDMA) 时分多址(TDMA) 码分多址(CDMA) 空分多址(SDMA)

TCP/IP协议

协议

协议：指通信双方多共同遵循的规则。
网路协议：计算机在网络中实现通信时必须遵循的规则和约定。

OSI和TCP模型

OSI七层网络模型与TCP/IP四层网络模型

传输层主要协议

1.TCP(传输控制协议)：面向连接可靠传输。数据按次序，安全无重复地传递，用传输交换大量报文的情况。
2.UDP(用户数据报协议)：面向事物，简单，不可靠传输。高效率服务，用于一次传输交换少量报文。

分层使问题能很好解决

1.每一层相对独立。
2.对等层完成相应功能。
3.下一层为上一层提供服务。

传输层协议

地位：用户功能的最低层，面向通信(数据传输)的最高层。

作用范围

进程之间的逻辑通信(TCP、UDP) IP:主机之间的逻辑通信
TCP报文单位 字节 Byte
两个对等传输实体在通信时传递的数据单位叫做【运输协议数据单元】TPDU
TCP传送的协议数据单位是【TCP报文段】 (在传输过程中会对每个字节编号)
UDP传送的协议数据单位是【UDP报文段】或【用户数据报】

端口

概念：给应用程序保留各自的数据通道，实现同一时刻多项应用发送和接收。端口是报文队列来实现的。 （TSAP）

分类

静态端口 (0~2^16)
动态端口 >49151
其中静态端口是用作预留和注册的
音频、视频和普通数据使用UDP传输

IP地址

表示方法

点分十进制，8位为一个单位，32位进制数。

IP地址的组成

网络号+主机号

IP地址分类

A类 1.x.x.x ~ 126.x.x.x
大型网络 网络数少，主机多
主机：2^24-2 网络号：2^7-2
B类 128.x.x.x ~ 191.x.x.x
中型网络 主机：2^16-2 网络数：2^14
C类 192.x.x.x ~ 223.x.x.xx
小型网络 主机：2^8-2 网络数：2^21
D类 用于组播，传递至多个目的地址
E类 保留地址，备将来使用

IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址

子网划分

子网掩码分类

缺省子网掩码：网络位都为1 主机位都为零
A类：255.0.0.0
B类：255.255.0.0
C类：255.255.255.0

子网划分后的IP组成

网络号+子网号+子网主机号
A类：____ . ____ . ____ . ____
(第一个下划线就为网络号)

子网划分步骤

1.将IP地址和子网掩码转换至二进制
2.将二进制IP地址与子网掩码作与运算，将其转换为十进制。

HTTP协议

HTTP协议概念

1.他是应用层协议。
2.HTML全称HyperTextMarkLanauage。中文是超文本标记语言。
3.作用：将HTML文档从WEB服务器传送到客户端浏览器。
4.它包含什么：超链接和多种多媒体标记语言。

URL(统一资源定位器)

1.组成：协议、主机和端口(默认80端口)、文件名及路径
DNS<–IP地址
(域名)
2.解析URL过程

  • 浏览器分析超链接的URL
  • 浏览器向服务器请求解析IP地址
  • DNS将解析出的IP地址返回浏览器
  • 浏览器向服务器建立TCP连接(默认80端口)
  • 浏览器请求文档 GET /index.html
  • 服务器给出响应，将index.html发送给浏览器
  • 释放TCP连接
  • 浏览器显示index.html中的内容

HTTP连接方式

1.持久性连接(效率高)
2.非持久性连接
3.无状态性(成本低)

报文

1.请求/响应报文

  • 字段：ASCII码 (7位二进制数)

2.方法
GET:从服务器获取一份文档
HEAD:只从服务器获取文档的首部
POST:向服务器发送需要处理的数据
PUT:将请求的主体部分储存到服务器上
TRACE:跟踪并查看报文在经过代理服务器后的变化
DELETE:删除WEB页面
CONNECT:用于代理服务器
OPTION:查询特定选项

3.组成

请求报文

响应报文

HTTP代理

1.作用：Web缓存或代理服务器
2.无需联网
3.优点：响应快，减少网路带宽

CoAP(受限应用)协议

特点：

  • 只能用于物联网设备
  • UDP传输,可靠传输
  • 访问服务器的方法：PUT、GET、DELETE、POST (分别为更新某资源、获得某资源 、删除、创建)
  • CoAP：二进制存储
  • IP多播
  • 非长连接

CoAP消息类型

CON–需要确认请求
NON–不需要确认请求
ACK–应答消息
RST–复位消息

CoAP消息格式

Head 消息头 1.Ver 版本 2.T 消息类型 3.TKL 保留位 4.Code 字节 5.MessageID 消息编号

CoAP的URL

1.协议部分：coap:// 或 coas://
2.端口：默认5683
3.文件名后缀： .xml
举例： coap://example.com:5683/~sensors/temp.xml

MQTT(消息队列遥测传输协议)

概念

MQTT基于客户机(Client)/服务器(Server) 发布/订阅模式
适用于M2M(机器与机器)通信IoT

特点

1.一对多的消息发布
2.对负载内容屏蔽
3.使用TCP/IP进行网络连接
4.三种消息的发布服务质量:至多一次、至少一次、只有一次
5.容量小——降低网络连接量

MQTT协议原理图

MQTT原理图

MQTT协议原理

  • Connect
  • Disconnect
  • Sub
  • UnSub
  • Publish

协议数据包

固定头、可变头、消息头

服务质量

1.QoS0:最多一次。特点：消息丢失重复。
2.QoS1:至少一次。特点：确保消息到达，但会重复。
3.QoS2：恰好一次。特点：只有一次，确保消息只有一次到达。

遗嘱消息

服务器：

  • I/O输入/输出错误或网络失败
  • 服务器收到下线包(c->s)之前关闭网络

客户端：

  • 在自定义的心跳时期失联
  • 在发送线下包之前关闭网络连接

FTP协议

概念

1.文件传输协议
2.用于两台计算机之间互传送文件
3.上载 本地—–>远程
4.下载 远程—–>本地

工作模式

FTP工作模式

FTP传输方式

1.ACSII码(文本文件)
2.二进制码(文本和非文本文件)

工作方式

FTP工作方式

FTP工作原理

1.传输层：运用TCP协议
2.进程：

  • 主进程：接收新请求
  • 从属请求：处理单个请求

FTP工作原理(连接)

控制连接：传输请求和应答。由客户端发起
数据传输连接：每传一个文件建立一次连接。传输文件由服务器发起

蓝牙BlueTooth技术

概念

  • 近距离无线通信技术
  • 参照标准IEEE802.15
  • 版本BlueTooth 4.0
    频率：2.4GHz 速率：1Mbit/s 宽带：1MB/s 距离：10m
  • 适用范围
    个域网

蓝牙系统基本术语

1.微微网(Piconet):是采用蓝牙技术的所有设备以对等网方式组成的网络。
2.分布式网络(Scattenet):是由多个独立，非同步的微微网形成的。
3.主设备(master unit):在微微网中，如果某台设备的时钟和跳频序列用于同于其它设备，则称他为主设备。
4.从设备(slare unit):非主设备的设备均为从设备。
5.MAC地址(MAC adress):用3bit表示的地址，用于区分微微网中的设备。
6.休眠设备(parked unit):在微微网中只参与同步，但没有MAC地址的设备。
7.监听及保持方式(sniff and hold mode):指在微微网中从设备的两种低功耗工作方式。

协议体系

高端应用层–无线应用环境，无线应用协议
核心协议层–各类协议
底层应用协议–基带、蓝牙射频、链路管理器

核心协议-蓝牙技术规范

  • Code核心协议：细节定义技术
  • Profile应用协议：各类应用中的协议栈

蓝牙的关键技术

1.频段：2.4GHz开放频段
2.抗干扰方法：避免干扰、抑制干扰
3.多址接入体系：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)
4.基于包的传输：将信息流分片打包

蓝牙5.0

  • 传输距离：50~100m
  • 传输速率：2Mbit/s
  • 传输速率提高两倍，传输距离提高四倍，广播模式信息容量提高八倍，功耗更低。

ZigBee技术

概念

  1. 短距离无线通信技术
  2. 标准:IEEE 802.15.4
  3. 工作频带:2.4GHz

ZigBee特点

  1. 能量检测
  2. 链路质量检测
  3. 有避免碰撞机制

ZigBee技术特点

  1. 低功耗
  2. 传输可靠，抗干扰强
  3. 低成本
  4. 安全
  5. 速度快，距离远：速度为250kbit/s和20 ~ 40kit/s。传输距离可达到30 ~ 70m

ZigBee网络设备类型

  • 全功能设备（FFD）
    全功能设备具有转发与路由功能，可作为协调器或设备，并于任何设备进行通信。
  • 简化功能设备（RFD）
    简化功能只发送和接收信号，并不起转发器或路由器的作用，只能与全功能设备通信。

ZigBee设备

  1. ZigBee协调器（FFD）
  • 一个网络中只能有一个
  • 工作任务：负责发送网络信标，建立和初始化ZigBee网络，确定网路工作的信道以及16位网络地址的分配等。
  1. ZigBee路由器（FFD）
  • 工作任务：允许在通信范围内的其它结点加入或退出的网络，具有路由和转发数据的功能。
  1. ZigBee终端设备（FFD/RFD）
  • 工作任务：与父节点进行通信。

ZigBee网络拓扑结构

  1. 星型
  • 协调点必须是FFD，它位于网络的中心位置，负责建立和维护整个网络。
    星型拓扑结构
  1. 网状结构
  • 由若干个FFD连接在一起组成的骨干网。缺点：高冗余。
    网状拓扑结构
  1. 簇-树状结构
  • 优点：网络覆盖范围大。
  • 缺点：信息传输的延时也会逐渐变大。
    树形拓扑

ZigBee网络协议栈结构

简单拓扑结构图
更详细的ZigBee网络结构图
物理层：规定了信号的工作频率范围，调制方式和传输速率。
应用层框架包括了应用支持子层，ZigBee设备对象和制造商制定的应用对象。
网络层协议规范：数据服务实体和管理服务实体。

ZigBee网络的路由协议

  1. 功能：路由方式、发现、维护。
  2. 路由过程：当收到一个数据帧之后，结点设备的网络层对其的处理过程。
  3. 路由发现过程
  • 过程的发起-发送请求命令帧
  • 接收路由器请求命令帧
  • 收到路由回复命令帧

超宽带技术(UWB)

概念

  • 无线载波技术
  • 3.1GHz ~ 10GHz

主要实现方式

基带脉冲方式和载波调制方式。

6LoWPAN

概念

基于IPv6的低速无线个域网标准。

模型

  1. 传输层：UDP
  2. 网络层：IPv6

拓扑结构

星型、网状型（点对点）

技术特点

普及性，适用性，易接入，易开发。

应用场景

工业控制、环境监控。

LoRaWAN(低功耗广域网)

概念

远距离，低功耗。适用于更大范围的物联网。

LoRa和LoRaWAN的区别

  1. LoRa是一种无线通信技术。
  2. LoRaWAN是广域通信协议。

LoRaWAN的工作模式

  1. 拓扑结构：星型
  2. 通道：8个，每个通道对应一个频率

NB-IOT(窄带物联网)

概念

低功耗广域网技术标准，基于蜂窝技术。
GSM：全球移动通信系统（2G）

特点

低功耗、低成本、广覆盖、大连接。

应用场景

  1. 智能农业：智能灌溉、食品溯源。
  2. 智能家具：智能插座、智能门锁、智能灯具。
  3. 智慧城市：智能井盖、智能交通、智能水表。
  4. 智能健康：智能医疗。

Wi-Fi技术

概念

短距离无线传输技术。 标准：IEEE802.11

关键技术

  1. OFDMA技术：正交分频多址技术（2.4Ghz、5Ghz）信道不同
  2. MU-MIMO技术：多设备接入技术

优缺点

优点：范围广、速度快、成本低、无需布线、组建方便
缺点：安全问题、覆盖范围有限（传输距离短）、信号干扰（穿墙性较差）、带宽使用、比局域网（有线连接）慢

应用场景

  1. 难以布线或布线成本高的场景：机场、火车站、汽车站。
  2. 人员流动频繁但有数据访问需求的地方。
  3. 工作人员移动频繁。

与ZigBee的区别

  1. 传输速率。ZigBee<259KBPS,功耗低。WiFi>1Mbps,高功耗。
  2. 适用场景。ZigBee：物联网场景。WiFi：常见无线路由器、无线打印机。

思科模拟器

  1. 自适应选择线缆：能根据两端的设备自己调整线缆的类型。
  2. Console配置线缆：连接设备console端口与计算机RS232串口。
  3. 铜制直通线缆：连接交换机和计算机、交换机和路由器等不同设备之间的普通RJ-45端口。
  4. 铜制交叉线缆：连接交换机和交换机、路由器和路由器等相同设备之间的普通RJ-45端口。
  5. DCE和线：连接两个路由器之间的串行端口的。先连接这根线缆的路由器端口为DEC端，设置时钟频率。