19、Linux-网络基础知识
1.网络的通讯原理
1.实现数据传输的条件
01. 主机之间需要有传输介质（网线 光纤线 wifi）
02. 主机上需要有网卡设备
调制过程：将数字（数字信号）二进制信息转换为高低电压（模拟信号）
解调过程：将高低电压转换为二进制信息
03. 不同主机网卡速率不一致，需要进行协商过程（自动协商）
100Mbps == 100 000kbps == 100 000 000 b 每秒钟 xxns 1 0 bit
A主机 100Mbps 协商方法（木桶原理）
B主机 1Gbps
网络：传递数据信息 bit 1bit=1/8B 100Mb 迅雷下载电影10G == 100/8=12+MB
磁盘：数据信息存储 Byte 1B=8bit
2.如何实现一个网络中多台主机通讯
交换机：实现在一个局域网环境中，实现多台主机可以互联通讯的设备
地址标识：实现多台主机通讯，MAC地址（网卡的身份证号码 物理地址）
特点：全球唯一
PS：如何实现正确的网络通讯，数据的通讯过程一定是有去有回的
利用交换机进行数据通讯时，某些时刻会产生广播信息
问题：交换机容易产生大量广播，影响主机性能
如何实现不同局域网环境中多台主机通讯
路由器：实现不同局域网主机之间的通讯（实现跨网段进行通讯）
地址标识：实现多台主机通讯，IP地址（身份证姓名 逻辑地址）
IP地址：网段地址 + 主机地址 城市省份地址 + 街道房间信息
3.实践操作配置网络设备（了解即可，网络设备就让网络工程师来配置吧，我们只关心Linux的网络）
路由设备：
准备条件：
01. 需要部署安装网络模拟器 思科模拟器
02. 规划网络设备连接图
03. 简单的网络配置命令
enable 将用户模式转换为特权模式
conf t 将特权模式转换为配置模式
interface g0/0 进入到指定接口配置模式
ip address 10.0.1.254 255.255.255.0 配置接口地址
no shutdown 激活网卡
show ip int br 查看IP地址配置信息
04. 路由的几种配置方法以及区别
静态路由信息(手工添加路由表条目信息)
ip route 去往的目标网段信息 去往目标网段掩码信息 去往目标网段下一跳地址
R1（第一个路由器）：
ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 10.0.12.2
R2:
ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 10.0.23.3
ip route 10.0.1.0 255.255.255.0 10.0.12.1
R3:
ip route 10.0.1.0 255.255.255.0 10.0.23.2
动态路由信息（rip（简单） eigrp ospf 运营商is-is bgp）
互相学习的过程
R1：rip路由
router rip （语言）
network 10.0.1.0
network 10.0.12.0
R2：rip路由
router rip （语言）
network 10.0.12.0
network 10.0.23.0
R3：rip路由
router rip （语言）
network 10.0.23.0
network 10.0.2.0
默认路由信息
R1：
ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 10.0.12.2
ip route 10.0.3.0 255.255.255.0 10.0.12.2
ip route 10.0.4.0 255.255.255.0 10.0.12.2
默认路由
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.12.2
路由表中如何有路由信息
01. 自动发现直连路由信息
02. 配置静态路由
2.网络架构设计方法
1.实现数据传输的条件
核心层：
1. 实现和外网运营商线路连接
2. 考虑网络设备冗余能力
汇聚层
1. 实现网络设备连接汇聚
2. 实现网络通讯安全策略控制 -- ACL
3. 考虑网络设备冗余能力
接入层
1. 实现终端设备连接网络（电脑 打印机 电话）
3.网络OSI7层模型（7层模型组成）
作用：定义网络通讯标准规范 ISO国际标准认证组织 ISO9000
思科设备--EIGRP(语言) HW设备---RIP
模型组成：
应用层：应用程序的协议和接口规范 HTTP SSH（远程连接）
表示层：将数据进行转码 加密 压缩
会话层：主要负责建立或终止会话
传输层：确保网络连接通讯过程是可靠的 TCP协议 UDP协议
网络层：确保不同网段主机之间可以传递数据 路由器（3层设备）
数据链路层：确保同一局域网主机之间可以传递数据 交换机（2层设备）
物理层：定义一些物理设备设计标准 网口 网线 光纤 光纤模块
4.网络数据传递过程
数据封装过程
数据 应用层 表示层 会话层
TCP头部信息 (源端口/目标端口3306） +数据 传输层
IP头部信息 (源IP/目标IP） +TCP头部信息 +数据 网络层
MAC头部信息 (源MAC/目标MAC） +IP头部信息 +TCP头部信息 +数据 数据链路层
bit流 101010101 物理层
数据解封装过程
bit流 101010101 物理层
MAC头部信息 (源MAC/目标MAC） +IP头部信息 +TCP头部信息 +数据 数据链路层
IP头部信息 (源IP/目标IP） +TCP头部信息 +数据 网络层
TCP头部信息 (源端口/目标端口3306） +数据 传输层
数据 应用层 表示层 会话层
补充：源端口取值范围
cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
5.TCP/IP模型
TCP/IP模型结构（OSI7层模型简化版）
两个重要协议：
TCP：传输控制协议 面向连接的协议
QQ：在线发送文件（TCP） 局域网线路传输
优势：数据传输安全可靠
劣势：传输效率低
应用：文件传输 邮件服务 页面网站服务
UDP：用户报文协议 无连接的协议
QQ：离线发送文件 (TCP) A ---互联网--腾讯存储服务器（7天）---互联网---B
优势：传输效率高
劣势：传输数据不可靠
应用：视频播放（帧） 语音通话
补充：TCP报文结构 TCP头部 + data
1bit 多少端口 0 1 2的1次方=2
2bit 多少端口 00 01 10 11 0 1 2 3 2的2次方=4
3bit 多少端口 000 001 010 011 100 101 110 111 0 1 2 3 4 5 6 7 2的3次方=8
16bit 多少端口 2的16次方=65536 1~65535 0
控制位：
syn 请求建立连接控制位 1
ack 连接确认控制位 1
fin 请求断开连接控制位 1
客户端（1万） --- 服务端（1万）（连接的限制--负载过高w）
6.TCP三次握手四次挥手及11种状态转换
1.TCP三次握手过程
客户端 发送请求建立连接数据包 syn=1 seq=x
服务端 发送确认连接数据包 syn=1 ack=1 ack=x+1 seq=y
客户端 发送确认连接数据包 ack=1 seq=x+1 ack=y+1TCP
2.四次挥手过程
客户端 发送请求断开连接数据包 fin=1 ack=1
服务端 发送确认连接数据包 ack=1
服务端 发送确认断开连接数据包 fin=1 ack=1
客户端 发送确认连接数据包 ack=1
3.三次握手对应的5种状态变化
服务端：closed
第一步：创建socket信息 closed -- listen
第二步：接收syn 发送syn和ack listen -- syn_rcvd
第三步：接收ack syn_rcvd -- established
客户端：closed
第一步：发送syn信息（第一次握手过程） closed -- syn_sent
第二步：接收syn/ack 发送ack syn_sent -- established
4.四次挥手对应的6种状态变化
服务端：established
第一步：接收fin信息 发送ack established -- close_wait
第二步：发送fin和ack close_wait -- last_ack
第三步：接收ack last_ack -- closed
客户端：established
第一步：发送fin信息（第一次挥手） established -- fin_wait1
第二步：接收ack信息 fin_wait1 -- fin_wait2
第三步：接收fin和ack，发送ack fin_wait2 -- time_wait (90秒 120秒)
第四步：等待一段时间 time_wait -- closed
特殊情况
fin_wait1 直接接收了fin 和 ack信息 fin_wait1 -- closing
PS：TCP连接状态没有time_wait,出现问题？
使并发连接数会持续升高
7.网络重要协议原理
1.DNS协议原理
实现建立 域名 -- IP
DNS：域名解析系统 名称---IP
解析过程：
01. 现在本地查找域名解析记录（缓存 hosts）
C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts
02. 向LDNS服务器发出域名查找请求
03. LDNS服务器向根域名服务器发送请求
04. 根域名服务器会告知顶级域名服务器信息
05. LDNS服务器向顶级域名服务器发送请求
06. 顶级域名服务器会告知二级域名服务器信息
07. LDNS服务器向二级域名服务器发送请求
08. 二级域名服务器直接告知解析记录信息（A记录信息）
09. LDNS接收到解析记录并进行保存，将记录发送给相应主机
10. 主机接收到解析记录并进行保存，使用解析后的地址访问网站服务器
相关命令：
dig www.baidu.com +trace##查看详细的DNS解析过程
host www.baidu.com###查看解析地址###ping也可以
nslookup www.baidu.com###查看解析的ip地址同时可以查看cname
2.ARP协议原理
实现建立 IP --- mac 两台主机直接通讯 多台主机直接通讯
协议原理过程：
01.发送广播信息（发送ARP请求），获取相应主机MAC地址
02.相应主机进行响应（发送ARP响应），完善arp表（IP--mac）
03.减少广播包的产生，可以尽量在局域网中使用单播方式进行通讯
相关命令：
arp -n##查看arp缓存表
arp -d IP###删除某个IP的缓存
8.IP地址概念
IP地址作用：实现主机身份标识，用于网络通讯
IP地址组成：网段地址（省份区域） + 主机地址（街道小区房间）
IP地址表示形式：IP报文结构--地址占用32位
9.IP地址的分类（IPv4 32bit IPv6 128bit）
第一种分类：按照地址范围进行分类
A类 B类 C类 D类 E类 -- C类
第二种分类：按照地址用途进行分类
公网地址：全球唯一 192.168.1.1
私网地址：重复使用（不同局域网可以重复使用）
10.0.0.0/8 (10.0.0.0 到 10.255.255.255)
172.16.0.0/16 (172.16.0.0 到 172.31.255.255)
192.168.0.0/24 (192.168.0.0 到 192.168.255.255)
169.254.0.0/16 (169.254.0.0 到 169.254.255.255)* 系统分配地址
PS：私网地址网段信息不能出现在公网路由器的路由表中
NAT技术：实现私网地址和公网地址的映射 多个公网地址池
第三种分类：按照地址通讯方式分类
单播通讯：单播地址 1 vs 1
广播通讯：广播地址 1 vs n 局域网 所有主机 主机位全为1 广播地址 192.168.20.255
172.16.255.255
主机位全为0 网段地址 192.168.20.0
公式：一个网段中到底有多少个主机
192.168.1.0 C类地址 网段中可以有多少个地址
2的n次方 - 3 == 2的8次方 - 3 = 256 - 3 = 253
n表示网段中有多少个主机位
-3 广播地址 网段地址 网关地址（192.168.1.1 192.168.1.254）
组播通讯：组播地址（D类） 1 vs n 局域网 部分主机
10.子网的划分方法
A B C
172.16.1.0 255.0.0.0 子网掩码
掩码：标识地址类型 179.16.1.1
A: 255.0.0.0 \8
B: 255.255.0.0 \16
C: 255.255.255.0 \24 172.16.0.0\16 公网地址网段
2的16次方 -3 == 65536 -3 = 65533 10台服务器 65523多于
局域网 --- 6万多个主机 -- 广播
6万多台主机需要访问外网 --- 路由器
划分子网原因：
01.避免地址的浪费 避免浪费 100地址网段 100地址网段
02会产生广播风暴 减小广播问题
03路由器负载压力过大 减小路由器负载压力
11.Linux系统路由配置
静态网段路由配置：
centos6：net-tools
route
route add -net 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.1.100
route del -net 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.1.100
centos7：iproute（推荐）
ip route add 192.168.10.0/24 via（经由） 192.168.1.100
ip route del 192.168.10.0/24 via（经由） 192.168.1.100
静态主机路由配置：
centos6：net-tools route add -host 223.5.5.5/32 gw 10.0.0.254
centos7：iproute（推荐）
ip route add 223.5.5.5/32 via 10.0.0.254
静态默认路由：
centos6：net-tools
route add default gw 10.0.0.254
centos7：iproute（推荐）
ip route add default via 10.0.0.254
12.Linux的网卡别名（辅助网卡）
ifconfig eth0:0 10.0.0.200/24 up
ifconfig eth0:0 down
ip addr add 10.0.0.119/24 dev ens33 label eth0:1
ip addr del 10.0.0.119/24 dev ens33 label eth0:1
永久设置别名：cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33:0
NAME=ens33:0
DEVICE=ens33:0
IPADDR=10.0.0.200
PREFIX=24
网卡配置文件说明：
cat /etc/sysconfig/networkscripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet #网络类型 互联网(以太网)
BOOTPROTO=none #网卡获取ip方式, dhcp(自动获取),none/static 固定ip地址
ONBOOT=yes #网卡开机的时候(或重启网络的时候)是否自启动
NAME=ens33 #网卡名字
DEVICE=ens33 #设备名称
UUID=b5ac98d2-6350-4aae-bdec-08455218d340 #设备统一识别符
HWADDR=xxxx #Hard Ware Addresss 硬件地址 mac地址
IPADDR=10.0.0.100 #ip地址
PREFIX=24 #子网掩码#NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=10.0.0.2 #默认网关 给可以访问公网网卡设置
DNS1=223.5.5.5 #配置当前系统使用的DNS服务的地址
DNS2=223.6.6.6
PEERDNS=yes # 网卡配置文件中的DNS是否优先于(覆盖) /etc/resolv.conf 中的DNS
IPV6INIT=no # ipv6 功能是否开启
重启单个网卡命令：
ifdown eth0 && ifup eth0
探测端口通不通的命令：
nc -z 10.0.0.100 2234
探测路由的命令
traceroute -I -n www.baidu.com ###windows系统使用tracert -d
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