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操作系统

操作系统概率

• 用户接口：命令接口（命令行）、程序接口（程序系统调用）、图形界面接口（图标和菜单）
• 操作系统为软件提供的功能：资源管理，控制程序
• 从应用的角度看，OS是系统软件
• 从扩展的角度看，OS提供了虚拟机
• 操作系统类型（根据使用环境和功能特征划分）：
  • 批处理（batch）：缺点：缺少交互性，资源利用率高，作业吞吐量高，
  • 分时系统（time-sharing sys）：多路性，交互性，独占性，及时性
  • 实时系统（RTS）：实时响应，过载防护，高可靠性
  • 之后还有个人，网络，
  • 分布式：操作系统统一，资源共享，透明性：无需了解本地/异地主机的差异；自治性：平等地位，无主从关系
  • 嵌入式
• 批处理操作系统结构：
  • 整体式
  • 层次式
  • 微内核结构（C/S）：高可靠性，高灵活性，适合分布式处理
• 特权指令只能在内核态运行：输入输出，停机，屏蔽中断 e.g. 置程序计数器，清指令寄存器，清溢出指令
• Android：基于Linux；移动设备；支持网络
• 研究操作系统的观点：软件，资源管理，进程，虚拟机服务提供者
• 处理器（CPU）的存储保护有两种权限状态：核心态/管态/特权态，用户态/目态
• 可共享资源：
  • 同时共享硬盘，可重入代码，
  • 互斥共享：临界区，中断服务，CPU，存储器，打印机

操作系统运行机制

• 系统调用和一般调用都可以嵌套使用，但是对深度有限制，系统调用无法实现多次嵌套和递归
• 中断：外部事件引起的 e.g.时钟中断，控制台命令，存储器校验错误，I/O中断，硬件故障中断
• 异常：正常执行的指令引起的 程序性中断，访管指令异常 e.g.被零除（软件引起），算术溢出，缺页中断，
• 用户可见寄存器：数据/通用寄存器，地址~，条件码 ~
• 控制和状态寄存器：程序状态~，程序计数 ~，指令 ~
• 操作系统的环境分类：批处理环境，交互式环境，实时环境
• 程序状态字（PSW）：
  • 包含的标志位：进位标志位，结果为零标志位，符号标志位，溢出标志位；或者是标准条件位：陷阱标志位，中断使能/屏蔽标志位，虚拟中断标志位，虚拟中断待决标志位
  • 状态码：CPU的工作状态码，条件码，中断屏蔽码
• 处理器管理/进程管理：进程控制，进程同步，进程通信，进程调度
• CPU的主要部件：寄存器，高速缓存，控制器
• 系统资源：CPU，存储器（内存+外存），外设（时钟，磁盘），信息文件（代码文件）， 注：通讯录不算！！！！

进程线程模型

• 进程是资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位

• 进程由程序（指令代码），数据，进程控制块构成，程序由数据和代码构成

• 进程的基本状态：就绪，等待，运行 挂起不算

• 进程控制块（PCB）：记录进程相关信息的数据结构

  • 不能读取本进程相关的运行状态
  • 必须常驻内存
  • 保存内容：调度信息（当前状态，资源清单，消息队列指针）+现场信息（程序状态字，时钟，界地址寄存器）
  • 组织方式：线性方法，索引方法，链接方法

• 创建进程过程：

  • 申请空白PCB
  • 为新进程分配资源
  • 初始化PCB
  • 将进程加入就绪队列

• 引入线程目的：

  • 提高并发度：线程独立执行，充分利用CPU和外设的并行能力
  • 减少通信开销：同一个进程之内的线程共享文件&内存，但是 不拥有独立栈，线程之间通信无需内核
  • 开销小：创建线程花费时间段，开销小，
  • 线程之间切换时间短

• 线程资源：程序计数器，寄存器，线程相关的栈

• 线程实现机制：用户及线程，内核级，混合方式

• 线程描述表：线程ID，指令地址寄存器，CPU寄存器，硬件设备寄存器，栈现场状态

• 进程调度原因：

  • 记录&保持系统中的有关情况和特征
  • 调出进程对CPU的占用时间和
  • 分配CPU
  • 回收CPU

• 运行态–>阻塞态：请求系统服务，启动某种操作，新数据尚未到达，无新工作可做

• 运行—>就绪：时间片用完

• 就绪态：获得了除处理机外的所有资源

• 不可抢占的服务：时间片轮转

• 不会引起进程调度：就绪---->运行，创建新进程，唤醒后加入就绪 注：虽然不会引起调度，但是会引起进程状态改变

• 引起进程调度：执行完毕，阻塞后进入等待，资源不足阻塞，唤醒原语激活的等待状态，时间片用完，就绪队列中有优先级更高的进程

• 申请处理机不满足，进入阻塞态

• Linux的状态：运行，中断，不可中断，僵尸，停止

• 进程创建时机：用户登录，系统初始化，用户系统调用，初始化批处理作业

• 交互式操作系统的调度算法：多级反馈队列，时间片轮转，高优先级优先，先来先服务

• 实时系统的调度算法：速率单调，最早最终时限优先

• 批处理调度（不适用于进程调度）：

  • 算法：先来先服务，最短剩余时间优先，最短作业优先，响应比最高优先

  • 目标：较大吞吐量，较短周转时间，较高的CPU利用率

• 调度算法：

  • 公平性的算法：时间片轮转，先来先服务
  • 会导致“饥饿现象”：短作业优先，最高优先级，多级反馈，最短剩余时间
  • 综合多种算法：多级反馈

• 最高优先级算法：

  • 静态优先级：
  • 动态优先级：长时间得不到运行，会提高优先级

• 时间片算法：

  • 考虑因素：系统响应时间，就绪进程数目，计算机处理能力

• 高级调度，中级调度，低级调度（进程调度）

并发与同步

• TS互斥的算法：

  • 测试锁变量的值，若为1，则反复测试
  • 若为0，则置位为1，进去临界区
  • 退出临界区时，将锁变量复位为1

• 信号量：表示资源的剩余数量；

  • 初始值>=0，mutex一般设置为1
  • 每个进程访问临界区，信号量-1
  • k个进程在等待队列，信号量为-k

• P,V操作（低级通信）：实现进程的互斥&同步

  • 优点：允许代码休眠，拥有锁的时间长
  • 缺点：难以维护和修改；正确性难以保证；代码不易读懂，不便控制&管理；难以发现&纠正错误

• 进程间通信（高级）：

  • 共享内存：共享缓冲区，高效传输大量信息，无需多份拷贝；互斥访问由程序员控制，相对灵活
  • 消息机制：发送消息给进程，消息利用内存中公共缓冲区组织成队列，依赖进程/基础框架来调用实际执行的代码相互发送消息；包含消息缓冲区，消息队列，同步互斥信号量，收发消息原语
  • 管道通信：发送进程以字符流的形式将大量数据送入管道，接受进程从管道接受数据，利用管道通信；同步；同步与互斥有OS自动进行，对用户透明

• 管程:

  • 使用的对象：一个数据结构和（在该数据结构上）并发进程所执行的一组操作

  • 互斥实现：本身性能

• 临界资源的访问：进入区（P操作，TS检查和修改标志lock）—>临界区—>退出区—>剩余区

• 实现信号互斥：Peterson算法，TS算法，Swap或Exchange指令，信号量机制

• 硬件实现互斥：

  • 优点：适用范围广，简单易验证，支持多个临界区
  • 缺点：不能“让权等待”
  • 容易导致“饥饿”

• 解决互斥方法：竞争方平等协商，引入进程管理者

• receive原语（）包含信息：指定的信箱名，取出的信件存放的地址

• 感知问题：

  相互不感知	直接感知	间接感知（与第三方交互）
  相互竞争，可能造成互斥，死锁，饥饿	通信协作	共享资源进行协作

内存管理

• FIFO算法---->Belady现象/颠簸，抖动
• 页面在内外存之间频繁调度（缺页率高）---->颠簸/抖动，解决方法：工作集模型
• 页面调度策略：调入，置页，置换
• 页面调入策略：
• 置换分页：页式，段式，段页式
• 置换进程：固定分区，可变分区
• 全局置换：页面不够时，可从系统的任意进程置换
• 局部置换：页面不够时，仅能从本进程的页面置换
• 外部碎片：（虚拟）段式存储管理，可变分区，动态分区
• 内部碎片（无法通过移动技术解决）：（虚拟）页式存储管理，固定分区，段页式存储管理
• 固定分配：为每个进程分配固定页数的内存
• 可变分配：为每个进程分配一定页数的内存
• 虚拟内存：允许动态改变内存
• 进程装入一个页面（将页面装入内存），必须修改：内存块号，驻留位，访问位
• 进程被修改后，必须修改：修改位，保护位
• 外存（磁盘）分为两部分：文件区（存放文件，进程相关的文件也在该区，未运行的页面都从该区调入），交换区（存放交换页面的兑换区）
• 数组在内存中默认按列存储（即对a（i，j）而言 ，先按照j循环，再按照i循环）
• 注意区分最近未使用（修改位和访问位都是0）和最近最少使用（访问次数很多，但是访问位为0，说明近一段时间未曾访问）
• 交换技术/移动技术/紧缩技术：将内存中的碎片整理，合并成一个连续的大的内存区
• 页式分配：利用率高，管理简单
• 与虚拟存储技术结合使用：段式，页式，段页式（动态内存地址+全部程序载入内存）
• 虚拟存储器：
• 地址映射：虚拟地址–>物理地址；硬件完成映射和一些页表项；不一定要访问页目录&页表

文件管理

• 文件管理：文件存储，检索，修改，主要三方面：文件存储空间的管理（包括磁盘管理），目录管理，文件系统的安全性，

• 磁盘访问时间：寻道时间Ts（最影响，机械动作，花费时间最长） + 旋转时间 Tr + 传输时间 Tt（最短）

• 磁盘读取速度：块高速缓存，磁盘空间合理分配，磁盘算法的优化

• 寻道调度算法：先来先服务（FCFS），最短寻道时间优化（SSTF），扫描（SCAN），循环扫描（C-SCAN）

• 文件系统物理基础：磁盘设备（服务效率，速度，可靠性）

• 物理结构（操作系统管理的文件组织形式）：

  • 顺序（磁带机，光盘（阵列），磁盘（阵列））：
    • 缺点：文件不能动态增长；出现碎片多
  • 链接
  • 节点
  • 索引（磁盘（阵列））：
    • 优点：逻辑块号到物理块号的变换简单；便于顺序存取，也便于随机存取；容易动态增加内容；文件查找速度较快
    • 缺点：增加了存储空间开销，利用率低
  • 

• 文件逻辑结构（用户使用的文件组织形式）：

  • 流式文件：无结构字符的集合，字符流文件（源程序，目标代码）
  • 记录式文件：有序记录的集合
    • 定长记录文件：
    • 不定长记录文件构成的记录树：

• 按名存取：文件目录查找

• 文件命名：必须长度有限

• 文件目录：FCB的有序集合，实际是文件符号名到文件物理地址的映射

• 文件存储空间分配管理（磁盘存储空间分配和回收需要修改磁盘上的数据）：空闲块，空闲块链表，位示图，成组链接

• 空闲区管理：成组链接法

  • 成组操作：每12个记录占一个块
  • 不成组操作：每个记录一个块

• 树形目录优点：层次清楚，解决文件重名问题，查找搜索速度快，不包括简化文件管理

• 打开文件时：

  • 文件路径查找目录，找到FCB主部
  • 打开方式---->共享说明，用户身份合法性
  • 文件号------>系统打开文件表
  • 取空表项，填写打开方式，指向系统文件打开表对应选项
  • 系统返回文件描述符Fd

• 创建文件：

  • 检查参数合法性
  • 检查重名
  • 查找空闲位置
  • 填写目录项（文件名，用户名，存取权限，长度置零，首地址）
  • 返回

• 关闭文件：

  • 活动文件表数量 “当前使用用户数量” -1（若为0，撤销条目，保存FCB到磁盘/缓存）
  • 复制表目信息到文件存储器相应表目，更新文件目录
  • 卷定位

• 进程关闭文件：置FCB为非活跃---->查找文件----->修改FCB------->写回磁盘

• 删除文件：查找文件–>检查删除合法性–>收回FCB资源–>回收文件存储空间

• 文件控制块FCB ： 包含文件存取控制信息，文件结构信息，文件管理信息

  
  

• 保证文件安全：建立副本，定时存储，规定文件存储权限

• FAT文件系统：链接结构； 文件分配表；windows支持；FATx表示x位簇号；FAT16保留8个字节文件名空间；

• 扫描算法SCAN：考虑磁道之间的距离+磁头的移动方向

• 文件分类：

  • 按照组织形式划分：普通，目录，特殊
  • 按照用途划分：系统，用户，库函数
  • 按照保护方式划分：可执行，只读，读写，无保护
  • 按照存放时限划分：临时，永久性，档案

• 权限顺序：文件属主|同组用户|其他用户 读|写|执行

I/O设备管理

• 设备管理主要任务：缓冲区管理，设备分配，设备处理，虚拟设备和实现设备独立性
• 设备管理目的：提高系统性能；提供接口（建立一个通用的、一致的设备访问接口，使用户和应用程序开发人员能够方便地使用输入输出设备）；通过协调避免冲突；保证安全性
• 设备和CPU之间的数据传输和控制方式：
  • 直接控制：关键部件：设备状态寄存器，地址&数据总线，设备控制寄存器，设备数据缓冲区，地址译码器
  • 中断控制：关键部件:中断控制器，地址总线和数据总线，设备控制器；e.g.键盘
  • DMA：关键部件：DMA控制器，地址&数据总线；均有硬件电路实现，传输速度快，e.g.磁盘
  • 通道控制
• 通道的功能：有自己的指令和程序，实现外设的统一管理和外围设备与内存之间的数据传送
  • 接收CPU的指令，与外设通信
  • 从内存读取通道的指令，执行通道程序，向设备控制器和设备发送命令
  • 数据传输的缓存空间，提供地址和数据量
  • 提供设备状态信息给CPU
  • 外设和通道的中断请求
• I/O系统硬件结构：适配器和接口部件，设备控制器，设备硬件
• 信息组织方式划分：字符设备（键盘，终端，打印机），块设备（磁盘，磁带）
• 信息交换的通道：字节多路，数据选择，数据多路
• 缓冲池：着重考虑进程访问的同步
• 缓冲技术：匹配不同外设的传输速度
• I/O软件的层次结构：
  • 用户应用层（用户软件层）
  • 系统软件层（设备独立层）：用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护、以及设备分配与释放等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。功能：提供和设备无关的逻辑块；缓冲；块分配；出错处理
  • 设备驱动层
  • 中断处理层
• SPOOLing：
  • 外围设备同时联机操作技术，排队转储技术，增加了“输入井”和“输出井”
  • 主要组成部分：输入井和输出井，输入进程和输出进程，输入控制器和输出控制器
• 设备分配：系统设备表（SDT）—>设备控制表（DCT）—>控制器控制表（COCT）---->通道控制表（CHCT）
• 控制器控制表(COCT)中包含控制器标识、控制器忙闲标记、通道控制表(CHCT)指针、控制器等待队列首指针和控制器等待队列尾指针。
• 设备控制表(DCT)中包含设备类型、设别标识、设备忙闲标记、COCT (控制器控制表)指针、设备等待队列手指针和设备等待队列尾指针。获得设备的进程号属于系统设备表的内容。
• 提升I/O性能：
  • 缓冲技术：解决速度差异问题
  • 异步I/O技术：让CPU不必等待I/O的操作结果
  • DMA和通道部件：CPU和部件并行执行
  • 虚拟设备技术：减少进程阻塞时间，提高独占设备的利用率
• 将串行数据转化为并行数据需要设备管理模块（串口，并口）
• I/O设备中断：正常结束

死锁

• 死锁原因：资源分配不当，进程推进顺序不当
• 活锁：不断改变状态 活锁可能自行解开，死锁不能；相关进程没有阻塞，可被调度，但是没有进展
• 饥饿：可运行的程序能够执行，但是调度被无限推后
• 安全状态：不发生死锁
• 不安全状态：一定导致死锁，但该状态不一定是死锁
• 死锁条件：
  • 互斥：
  • 不可剥夺：
  • 请求和保持：已拥有资源并保持，仍然请求资源
  • 循环等待：
• 预防死锁（资源有序分配）：
  • 破坏互斥：SPOOLing
  • 破坏不可剥夺:
  • 破坏请求和保持：静态分配资源（一次性分配），动态资源分配：需要时提出申请再分配
  • 破坏循环等待：按照资源编号顺序分配
• 解除死锁：
  • 剥夺资源：挂起进程
  • 撤销进程：重新启动系统
• 死锁避免：银行家算法

计算机网络

局域网基础

• 以太网是一种局域网，指的是在局域网内传输数据的方法和模式

• 令牌环网---->令牌总线网---->Ethernet

• 万兆以太网：IEEE 802.3ae；双绞线，光纤；局域网—>城域网/广域网；全双工；传输不受限，无介质访问问题；10Gbps（max）

• 千兆以太网：IEEE 802.3z；光纤，双绞线；1Gbps；保留传统帧格式

• 交换式以太网：以太网交换机；并发连接；帧交换方式：端口/MAC地址映射表；发送数据前获取令牌

• 快速以太网：IEEE 802.3u；100Mbps；保留传统Ethernet的帧格式，介质访问控制方法和组网方法；介质专用接口（MII）分离MAC和物理层

• 共享介质以太网：同轴电缆（最早）；CSMA/CD；令牌总线网（利用令牌作为访问控制方法）；

• 局域网：

  • 主干网----1Gbps GE 核心交换网---------10Gbps 10GE
  • 网络结构：总线型，环形，星型

• 无线局域网：

  • 无线传输介质：红外线/扩频/窄带微波

  • 访问模式：漫游访问（NA），无线访问接入点（AP）

  • Ad hoc：无线自组网；无需基站；对等模式

• 扩频：

  • 跳频（FHSS）：划分多个信道（每个带宽相同）；使用专用的ISM频段（2.1-2.4835GHz）；1Mbps/2Mbps
  • 直接序列（DSSS）：2.4Ghz；1Mbps/2Mbps；发送数据前调制（datarate）；专用ISM频段；

• 红外线：定向光束/全方位/漫反射

• 虚拟局域网（VLAN）：

  • 技术基础：交换技术

• 标准：802.1Q

  • 交换机上实现（软件）逻辑工作组的划分，不受物理位置限制；
  • 组网方式：端口定义，mac地址定义，网络层地址（IP地址）定义，基于广播组；
  • 优点：便于管理；管理开销；安全性；服务质量

• 共享局域网：全双工；点-点传输；介质访问控制：CSMA/CD，Token Ring，Token Ring

• 交换式局域网：局域网交换机；并发连接；帧转发方式：直接交换，存储转发；改进的直接交换

• 物理地址/MAC地址/硬件地址：48位；唯一；前三B由RAC（company-ID）：3Byte/OUI（机构唯一标识符）；后3Byte网卡厂商自行分配；写入网卡的EPROM

• IPv6：逻辑地址/软地址

• 传统Ethernet：

  • 总线型；
  • CAMA/CD;
  • Ethernet帧结构：64B-1518B（其中数据字段长度：46B-1500B）；前导码8B；帧头18B；地址6B（可以是单播，多播，广播）；帧校验4B

• 帧间隔方式（IFS）：短帧、点帧、分布帧

• IEEE802.11（都属于无线网）

  • 帧结构：帧头30B；帧定界字段1B；前导码+帧定界一共8B（不算在帧长度）；控制字段2B；帧头4个6B长度的MAC地址字段（源，目的，发送节点，接受节点）；顺序控制字段2B（顺序号+分段序号）；==数据字段（高层数据=）==0-2312B；帧校验4B（CRC），范围MAC帧头和数据域

• IEEE 802参考模型：物理层、数据链路层

  • 802.1：局域网体系结构
  • 802.2：逻辑链路控制LLC
  • 802.3：CSMA/CD介质访问控制层、物理层；以太网标准
  • 802.4：令牌网标准，不可靠信息传输
  • 802.11：无线局域网/以太网
  • 802.15：个人无线网
  • 802.16：宽带无线局域网

• 802.3系列：

  • IEEE 802.3u：Fast Ethernet 100Mbps

  ​ 100Base-T/ 100Base-TX/ 100Base-T4/ 100Base-FX（光纤）

  • IEEE 802.3z：Gigabit Ethernet
  • IEEE 802.3ae：10Gigabit Ethernet
  • IEEE 802.3ba：40/100 Gigabit Ethernet

• CSMA/CA：MAC层（有虚拟监听机制）

• CSMA/CD：设计思路来源ALOHANET

• 英文简称：分布式协调（DCF），点协调（PCF），虚拟监听（VCS）

• 设备

  • Ethernet连接设备：网卡，收发器，收发器电缆

  网络	设备
  共享局域网	集线器
  交换式局域网	交换机

  • AAA服务器（RADIUS用户认证服务器）：用户认证、计费、授权
  • RJ-45接口：连接双绞线

• 标准（802.11都属于无线网）

  系列	频段	最大传输速率
  IEEE802.11a	5Ghz	54 Mbps
  IEEE802.11b	2.4 GHz	11 Mbps
  IEEE802.11n	5 GHz	600 Mbps
  IEEE802.11g	2.4 GHz	54 Mbps

Internet基础

• Internet主要组成：通报线路，路由器，主机，信息资源
• IP互联网特点：
  • 隐藏物理网络细节（可屏蔽物理网络地址差异）
  • 不指定互联拓扑结构，不要求全互联
  • 能在物理网络之间转发数据，信息可以跨网络传输（不可随意丢弃数据报）
  • 所有计算机统一、全局地址
  • 平等对待互联网的每一个网络（）
• IP组播：成员动态；D类；组播组地址唯一；发送方不知道成员，也不必是成员，对组成员无数量位置限制；管理协议有IGMP、CGMP；路由协议：DVMRP，MOSPF，PIM-DM
• IGMP：组播管理协议：
  • IGMPv1：定义了基本组成员查询和报告过程
  • IGMPv2：添加组成员快速离开机制
  • IGMPv3：可以指定接受/不接收某些组播源的报文
  • Snooping：二层设备上形成成员和接口的对应
• 接入方式：
  • 电话线网；
  • ADSL（非对称数字用户线路）：基于有线电视网；非对称数据传输速率；需要调制解调
  • HFC（混合光纤同轴电缆网）：非对称数据传输速率
  • 数据通信线路 ；
• ICMP（互联网控制报文协议）:
  • 基本功能：提供差错报告
  • 差错报文：
    • 终点不可达
    • 源站抑制
    • 时间超时
    • 参数问题
    • 改变路由
  • 不享受优先权和可靠权，可能丢失、损坏、被丢弃
  • 包含故障数据报头，故障IP数据报区数据（64bit）
  • 伴随抛出出错IP数据报产生
• IP数据报：
  • 报头区：控制信息：版本协议类型域，长度域（32b双字为单位），服务类型域，生存周期域（防止数据报无休止传递），头部校验和域（保证IP数据报报头完整性），地址域，选项+填充域（控制+测试），
  • 数据区：高层数据
• IPv6：基本头40B
• 慢收敛问题：RIP使用限制最大距离；水平分割；保持；带触发刷新的毒性逆转
• 网络地址转换NAT：
  • 静态NAT
  • 动态NAT
  • NAPT（网络地址端口转换）：利用TCP/UDP端口号区分地址映射表的转换条目
• TCP：面向连接，可靠，基于字节流，三次握手，窗口机制进行流量控制，丢包后重传保证数据可靠传输，RTT可能不同，端口：16b
• APR（地址解析）协议：以太网（IP地址到物理地址）的映射，广播，形态联编，高速缓存技术，计时器提供有效性
• IPv4的局限性：地址空间不足，性能问题，安全性，自动配置，Qos保证

Internet基本服务

• POP3协议：

  • PASS：用户邮箱
  • REST：复位，清除所有删除标记
  • STAT：查询报文总数&长度
  • NOOP：无操作
  • RETR：请求服务器发送指定编号的邮件
  • DELE：对指定编号的邮件作删除标记
  • QUIT：删除具有“删除”标记的邮件
  • 过程：认证---->事务处理---->更新

• P2P：

  • 网络结构/对等计算模式：
    • 集中式（Napster）：只存储目录&索引信息，
    • 分布式结构化（Pastry、Tapestry、Chord、CAN）：分布式散列表（DHT），确定性拓扑结构，精确匹配查询，
    • 分布式非结构化：支持复杂查询，配质简单，随机图构成网络。缺点：采用TTL、洪泛、随机漫步、有选择转发，可扩展性较差，没有中心服务器
    • 混合式：结点种类有用户，搜索（存储系统中的其他节点信息，转发资源的查找信息），索引

• Telnet：远程登录服务的标准协议和主要方式

  • NVT（标准的键盘定义）：屏蔽不同用户终端格式的差异性

• HTTP：Web浏览器和Web服务器之间的传输协议

  • TCP基础之上，面向对象的协议
  • 请求消息：请求行，请求头，空行，具体的请求内容
  • 响应的内容：消息协议的版本，成功/错误编码，服务器信息，实体元信息，必要的实体内容
  • 使用SSL协议：URL必须使用HTTPS开头

• DNS（域名解析）：

  • 资源记录：“A”----主机，“授权开始”-----SOA，“别名”-----CNAME，MX------邮件交换机

  • 提高解析效率：从本地域名服务器开始，在域名服务器/主机上使用高速缓存技术

  • 服务器的逻辑结构：树形

  • 客户机可将域名服务器设置为：

  • 域名解析器不是域名服务器，是一种服务器软件

• 电子邮件系统：

  • 读取邮件：POP3（还可接收）和IMAP
  • 发送邮件：SMTP（）
  • 规定报文格式：RFC822和MIME（是RFC822的扩充）
  • 被动模式：建立数据连接-----PASV，放弃先前的命令和数据传输
  • 编码方式：mime（base64和quote-printable）

• SMTP：

  • 阶段：建立连接–>邮件传输----->连接关闭
  • C/S模式
  • 使用传输层的TCP服务，接受程序在TCP的25端口守候
  • 响应字符串以3位十进制数开始
  • 只规定发送程序和应答程序的命令和应答

• FTP（文件传输系统）：

  • base64编码：将二进制码转化为ASCII码
  • 传输方式：文本文件（ASCII），二进制文件（Binary）
  • 匿名服务：anonymous—账号，guest-----口令
  • 双重连接：控制~ 和 数据~（建立连接模式：主动&被动）

• IP协议：

  • IP数据报分片后重组：目的主机

• Web服务（由Tim-Berners Lee开发）

  • C/S模式（客户机：Web浏览器，Web服务器：Web站点）
  • 基础：HTML语言（不区分大小写）+HTTP协议
  • 信息资源以页面的形式存储，以超文本的方式组织，由URL进行连接页面，访问服务器可以使用图形界面

• 浏览器安全性：

  • 保护用户计算机：将Internet划分不同区域

  • 验证站点真实性：CA安全认证中心的证书

  • 避免假冒：利用安全证书在Iternet中表明身份

  • 避免敏感信息被偷看/篡改：安全通道（SSL）访问

• 浏览器组成：控制（协调和管理客户单元和解释单元，接受用户的键盘/鼠标输入），解释，客户单元

• 客户机/服务器模型（C/S）：

  • 采用TCP/UDP端口号标识特定服务
  • 服务器响应并发请求：并发/重复服务器

• 层次命名：命名结构中加入层次，树状结构，

• IPv6回送地址：0:0:0:0:0:0:0:1

新型网络应用

• 即时通讯IM：实时信息交换和用户状态跟踪
  • RFC2778规定通讯模型
  • 基于Internet
  • 通信模式：C/S，用户/用户
• Skype：超级节点SN动态生成，负责客户端的连接；AES算法，256bit密钥（AES中最长的，最安全）；混合式网络拓扑；登录服务器LS存储密码和用户名，负责认证，负责用户名全局唯一；好友列表存储在中心服务器中；融合了VoIP和P2P
• BitTorrent：MIT授权；.torrent是种子文件；后续加入DHT（分布式Hash表），支持无Tracker服务器的文件传输，
• eDonkey：MetaMachine公司开发；跨平台；P2P文件共享；增加了Hash信息
• Maze：即时通信BBS；跨防火墙文件共享和下载；在线资源搜索和文件目录视图；多点下载和断点传输；积点的资源交换体系；网络连接关系；混合型P2P系统；集中式的用户管理服务器（注册&认证），目录收集服务器，检索服务器（读取数据库的数据，建立索引并提供XML的检索接口），心跳服务器（维护在线列表）和种子服务器；分布式认证机制；种子机制
• SIP(会话发起协议）：应用层；在TCP、UDP、SCTP之上；扩展为SIMPLE；消息类型：请求（定义了六种），响应；消息由起始行（请求行+状态行组成）、消息头、空行（标志消息头结束，CLRF），消息体；不依赖特定网络；四种元素：用户代理，代理服务器，重定向服务器，注册服务器；协议由IETF制定；
• XMPP：基于XML技术和JABBER协议框架；四个RFC文档组成（3920为核心协议，3921负责即时通信，3922负责XMPP和CPIM的映射，3933安全采用Email地址）；沿袭了Email系统；e.g. Google Talk，Jive Message；实体地址JID（Jabber标识），由域标识符，结点标识符，资源标识符；分布式网络
• P2P文件分享：起源于Napster（集中结构）----->Gnutella（分布式）；基于小世界理论和六度分割理论
• VOD（视频点播系统）：节目制作中心（采集&压缩），视频服务器（向客户机传输数字视频节目），视频节目库（带RAID的大磁盘组），管理服务器（客户端进入VOD的中转站），客户机端播放设备（电视机+机顶盒）
  • NVOD：就近式点播电视
  • TVOD：真实点播电视
  • IVOD：交互式点播电视
• 搜索引擎：
  • 搜索器搜索信息，构建关键字列表
• VoIP：IP电话，基于IP网络的语音传输技术
  • 基本组件：终端设备（IP电话客户终端，可以是软件），网关（提供语音通信的关键设备，网络之间的接口设备），多点控制单元（MCU，实现多点通信），网守（用户的注册和管理：呼叫控制、地址解析、呼叫授权、集中账务、计费管理和保留呼叫详细信息记录）
• LAMP架构：Web框架，包括Linux操作系统，Apache网络服务器，MySQL数据库，Perl、PHP/Python编程语言
• NetBIOS：微软；网络层和传输层的驱动接口之间；254个并发通信话路；
• IPTV：良好兼容性；通信为导向&内容为导向；电视接收条件（CA）有偿服务；MCDN（媒体内容分发）是技术保障；以家用电视/计算机作为主要终端设备；内容路由是整体的网络负载均衡；内容交换利用应用层交换、流分裂、重定向和宽带媒体分发策略
• NFS：网络文件系统，允许网络上共享目录和文件；客户端用mount命令将远程文件挂接到本地；

网络管理与网安

• ISO成果是CMIS和CMIP，规定了OSI的网管协议

  • CMIP：应用层；管理信息传递服务；通过事件报告工作；及时性；安全管理机制，提供授权，访问控制，安全日志；涉及面比SNMP广，更复杂，花费高
  • CMIS：管理进程和管理代理之间的通信

• SNMP：管理通信线路；应用层

  • 基于TCP/IP协议簇，由IETF修订，在SGMP基础上修改；由多个RFC文档组成；可以工作于TCP/IP环境；

  • v2：提高安全性和有效性（提供验证、加密、时间同步）

  • v3：安全、可管理的体系结构 和远程配置

  • 简单，成本低，扩展性，健壮性

  • 从MIB收集数据：轮询方法，基于中断

• 网管模型：组织模型，信息模型，通信模型，功能模型（配置，故障，性能，安全，记账）

• 集中式网络管理模式：

• 分布式网络管理模式：

• 网络管理者-网络代理模型：管理者----运行在OS上的一组应用程序，代理在被管理的设备内部，

• 性能管理：维护网络服务质量和网络运营效率

  • 收集统计信息
  • 维护并检查系统状态日志
  • 确定自然和人工状况下系统的性能
  • 改变系统操作模式以进行系统性能管理的操作

• ACP协议：管理联系的建立、释放、撤销

• PKI：利用公钥加密和数字签名技术建立的安全服务基础设施

• 对称加密：用同样的密钥对信息进行加密和解密，密钥在加密方和解密方之间的传递和分发必须通过安全通道进行。常用算法：DES，IDEA，RC2/4，SkipJack算法

  • 数据加密标准（DES）：NIST采纳；64b密钥（8b奇偶校验，用户使用56b）；IBM公司开发；使用相同的步骤和密码；子钥互不相同；算法明文处理：明文置换重新排列---->16轮相同函数作用------->迭代输出明文和密钥的函数
  • AES：安全性>3DES；执行性能，速度>3DES；密钥长度128b/192b/256b，分组长度128b
  • Blowfish算法：可变密钥长度；64b；32位字的加法和异或；仅有另一个运算每轮的四个查表
  • RC5：参数可变；分组密码；可变参数：分组大小，密钥大小，加密函数；运算：异或，加，循环

• 公钥密码体制（基于数学函数的算法）：加密/解密（应该就是非对称加密），数字签名，密钥交换

• 非对称加密：

  • ElGamal算法：椭圆曲线加密体系；公钥体制；密文是明文的两倍
  • RSA：三人提出；分组密码；数字签名&数据加密；安全性：大数分解；保密级别提升，等级增加很快；没有理论证明的安全性
  • 背包加密（MH）：公钥；重量公开；物品保密，可能物品公开；NP难度；一次背包不安全

• 数字签名：笔记签名的模拟，公钥/私钥体制都可，验证使用Hash函数，比较摘要的匹配性来验证签名的正确性

• X.509 ：提供认证服务的框架；目录是公钥证书的数据库

  • 证书：主题名：实体身份
  • CCTT制定

• X.800：OSI安全框架，安全攻击（主动&被动），安全机制（可逆&不可逆加密），安全服务（利用安全机制阻止安全攻击）

• 认证中心（CA）：验证公共密钥是否属于一个特殊实体；作用：验证实体身份，将公共密钥和身份绑定

• 消息认证：完整性校验，接受者能够检验收到的消息是否真实

  • 基本途径：消息认证码（MAC），篡改检测码（MDC）；
  • 可以不用公钥
  • KDC（密钥分发中心）：独立可信网络实体；对称密钥；服务器；密钥通信；可信媒介

• 防火墙类型：

  • 可以软件/硬件设备上实现

  • 位于外部网络和内部网络之间

  • 包过滤路由器：网络层/传输层；根据收到的IP数据报的源地址判定是否允许其通过；可以过滤源IP地址，目的IP地址，源/目的传输层地址，IP协议域，端口；传输层/应用层；

  • 应用级网关（代理服务器）：消息传递者，开销大

  • 电路级网关：

• 网络故障管理：

  • 检测故障：维护和检测错误日志，接受检测报告并做出响应
  • 隔离故障：跟踪和辨认错误
  • 纠正故障：执行诊断测试，纠正错误

• 入侵检测系统：

  • 监控、分析用户和系统的行为
  • 检查系统的配置和漏洞
  • 评估重要的系统和数据文件完整性
  • 异常行为统计分析、

• IPSec：网络层提供安全的协议

  • 身份认证头（AH）协议：提供源身份认证和数据完整性，校验功能
  • 封装安全负载（ESP）：提供数据完整性，身份认证和秘密性；EPS头部采用32b顺序字号
  • AH在原有IP数据报和IP头之间
  • SA定义的逻辑连接是单工连接，单向的；三元组

• MIB：存储通信信息和统计数据，定义管理对象结构；用于SNMP

• S/MIME（商业和组织的工业标准）：加密数据，签名数据，透明签名的数据，签名+加密数据；单项散列算法

• PGP（个人电子邮件加密软件）：五种服务：鉴别，机密性（报文加密，CAST，IDEA，3DES，RSA），压缩（zip），兼容性（64-base转换），分段，支持多平台；提供公钥机制（但是委托网站进行）；两层加密：内层对称，外层非对称

• 主动攻击：拒绝服务攻击（Dos），分布式拒绝服务（DDos），信息篡改，资源使用，欺骗，伪装，重放

• 被动攻击：窃听，检测，信息内容泄露；流量分析

• 可信任计算机系统评估准则（橘皮书）：A->D安全等级降低；B分为B1（标记安全保护）,B2（结构化安全），B3（安全域机制保护），强制性安全保护类型；C是用户能定义的访问控制的自主保护类型，C1（选择性保护级），C2（访问控制环境）；D为非安全保护类；TC-SEC-NCSC由美国制定

• 信息系统安全等级标准（黄皮书）：第一级-----自主保护级；第二级-------指导保护级；第三级-------监督保护级；第四级-------强制保护级；第五级--------专控保护级

• SET（安全电子交易协议）：电子交易的过程规范，信用卡为基础；保证信息机密性，保证信息安全传输，

• 网络蠕虫没有复制能力但是木马有

• SSL（网络安全服务）：传输层和应用层之间；Netscape开发；继任者TLS

  • 机密性服务：通过数据加密保证数据不被非法截获/非授权访问
  • 数据完整性：对网络连接加密，保障数据传输安全；

• 认证函数：

  • 信息加密函数：
  • 信息认证函数：
  • 散列函数：定长Hash；MD5（128消息摘要），SHA-1（160信息摘要）