操作系统与网络通讯

【一】操作系统

• 操作系统：
  • （Operating System，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序
  • 是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件
  • 任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

【二】互联网的本质

• 互联网的本质就是一系列的网络协议

【1】引入

• 一台硬件设备有了操作系统，然后装上软件之后就能正常使用
  • 然而如果没有网络，每台计算机只能自己使用
  • 每台计算机之间都彼此孤立

【2】如何互相连通

• 通过网络互相连通，internet

【3】internet为何物

• 其实两台计算机之间通信与两个人之间通信的原理是一样的，大家都使用统一的普通话，两个人就能理解对方了

【4】结论

• Internet就是计算机之间连接的介质
• 一系列统一的标准，这些标准统称为互联网协议
• 互联网协议的功能：
  • 定义计算机如何接入Internet,以及接入计算机通信的标准

【三】OSI七层协议介绍

• 互联网协议按照功能不同被分为OSI七层
  • 应用层：微信，QQ，浏览器
  • 表示层：描述文件类型
  • 会话层：决定什么时候开始发送数据，什么时候结束发送数据
  • 传输层：用什么方式发包
    • TCP：靠谱，速度慢，适合长距离传输
    • UDP：不靠谱，速度快，适合短距离传输
    • 端口：让一台计算机上的多个程序同时使用网络
  • 网络层：IP地址（定位）
    • 公网IP
    • 内网IP
  • 数据链路层：mac地址，全世界唯一（类似于身份证号）
  • 物理层：信号转换问题

【1】物理层

（1）物理层由来

• 上面提到，互相孤立的几台计算机想要互联，就必须接入internet。

（2）物理层功能

• 主要是基于电器特性发送高低电压，进行信号转换

【2】数据链路层

（1）数据链路层由来

• 单纯的电信号没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组是什么意思

（2）数据链路层的功能

• 定义了电信号的分组方式

（3）补充

• 早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet
• ethernet规定
  • 一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’
  • 每一数据帧分成：报头head和数据data两部分
• mac地址
  • head中包含了发送端和接收端的mac地址
  • mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

【3】网络层

（1）网络层的由来

• 有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由
• 一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，
• 这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难

（2）网络层功能

• 引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

【4】传输层

（1）传输层的由来

• 网络层的IP帮我们区分子网，数据链路层的mac帮我们找到主机，你的电脑上可能同时打开多个应用
• 想要多个应用同时使用网络，这时候就有了端口，端口就是应用程序和网卡关联的编号

（2）传输层功能

• 建立端口到端口的通信
• 补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

（3）TCP和UDP协议

[1]tcp协议

• 传输可靠，TCP数据包没有传输长度限制，理论上可以无限长
• 但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再次分割

[2]tcp协议的三次握手和四次挥手

三次握手（建立连接）

• 第一次握手：客户端向服务器发送建立连接的请求（发送SYN）
• 第二次握手：服务器收到了客户端的请求，并且表示同意（回应一个SYN-ACK，并将客户端的SYN加一作为ACK确认号）
• 第三次握手：客户端回应表示确认，与服务器正式建立连接（客户端收到SYN-ACK后发送ACK，客户端将服务器的SYN-ACK加一作为ACK号）

四次挥手（断开连接）

• 第一次挥手：客户端提出断开连接（发送FIN）

• 第二次挥手：服务器收到消息后表示确认（发送ACK）

• 第三次挥手：服务器准备断开连接（发送FIN）

• 第四次挥手：收到服务器的FIN后，客户端断开连接（发送ACK）

[3]udp协议

• 不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

【5】应用层，表示层，会话层

（1）应用层由来

• 用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式

（2）应用层功能

• 规定应用程序的数据格式。
• 例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据
  • 比如Email、WWW、FTP等等。
  • 那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。