05 网络基础

目录

• 1 网络基础
  • 1.2 OSI七层模型
  • 1.3 TCP/IP 四层模型
• 2 局域网
• 3 TCP/IP协议栈
  • 3.1 传输层，TCP/UDP
    • • • 范例：TCP内核参数优化
  • 3.2 Internet网络层IP地址组成网络+主机
    • • • 范例：网络工具，iftop/ping/iptables/tcpdump
        • 范例：arp请求获取IP、MAC地址
• 4 网络配置工具ip/ss/nmcli
  • • • • 范例：修改网络配置文件
        • 范例：修改DNS

1 网络基础

常见的网络物理组件

路由器（Router）：负责在不同网络之间，互联。
交换机（Switch）：实现局域网内，互联。
集线器（Hub）：早期的网络设备，用于集中连接多个设备，但不具备交换功能。

网卡（Network Interface Card, NIC）：硬件设备，用于与网络进行通信。
调制解调器（Modem）：将数字信号转换为模拟信号，以便在电话线上传输，或在计算机上处理。
光纤收发器（Fiber Optic Transceiver）：发送和接收光信号的设备。


防火墙（Firewall）：保护网络安全的设备，有硬件也有软件。
负载均衡器（Load Balancer）：分配网络流量，有硬件也有软件。

1.2 OSI七层模型

这种分层结构使得不同层次之间的通信更加清晰和模块化，便于维护和扩展。每一层都依赖于下一层提供的服务，同时也为上层提供服务。

应用层（Application）：负责处理应用程序，如HTTP、FTP、SMTP等。
表示层（Presentation）：负责数据的格式转换、加密和解密等操作。
会话层（Session）：负责管理会话，确保数据在各个系统之间可靠传输。
传输层（Transport）：负责提供端到端的数据传输服务，如TCP和UDP协议。
网络层（Network）：负责数据包的路由选择和转发，如IP协议。
数据链路层（Data Link）：负责在物理层面上进行数据帧的发送和接收，如以太网协议。
物理层（Physical）：负责传输比特流，包括电压、线路标准等物理特性。

1.3 TCP/IP 四层模型

TCP/IP四层模型(简化OSI七层)包括：

应用层（Application）：负责处理特定的应用程序逻辑，如HTTP、FTP、SMTP等；
包含OSI的应用层、表示层、会话层。
传输层（Transport）：负责提供端到端的数据传输服务，如TCP和UDP协议。
网络层（Internet）：负责数据包的路由选择和转发，如IP协议。
链路层（Link）：负责在物理层面上进行数据帧的发送和接收，如以太网协议；包含OSI的数据链路层、物理层。

2 局域网

集线器（Hub）
用于将多台计算机连接在一起，实现网络共享和数据传输。

集线器的特点包括：
信号广播：集线器会将接收到的信号广播到所有端口，不适用于大型网络，因为信号的广播会导致网络拥堵。
半双工通信：即数据只能在一个方向上传输。同一时间，数据只能发送或接收。
碰撞域：将所有连接到它的设备视为同一个碰撞域，当多个设备同时发送数据时，会发生碰撞，导致数据包丢失。
物理地址表：集线器没有物理地址表，只能将数据包广播到所有端口。

应用场景：
它主要用于小型网络和家庭网络。在大型网络中，通常会使用交换机（Switch）来代替集线器，因为交换机可以提供更好的性能和稳定性。

交换机（Switch）
用于连接多台计算机或其他网络设备，实现数据的传输和共享。

交换机的特点包括：
全双工通信：在同一时间，数据可以在发送和接收之间同时进行传输。
碰撞域：每个交换机端口都是一个独立的碰撞域，这意味着当多个设备同时发送数据时，不会发生碰撞。
物理地址表：会记录物理地址，并根据物理地址将数据包准确地转发到目标设备。
VLAN支持：交换机支持虚拟局域网（VLAN），可以将不同的设备划分到不同的VLAN中，从而实现网络的划分和隔离。
链路聚合：交换机支持链路聚合，可以将多个端口组合成一个逻辑端口，从而提高网络的带宽和可靠性。

应用场景：
从小型办公室到大型企业网络。在大型网络中，通常会使用多层交换机来实现更复杂的网络结构和功能。

路由器（Router）
用于将数据包从一个网络传输到另一个网络。路由器根据数据包的目标IP地址和路由表中的信息，选择最佳的路径来传输数据包。

路由器的特点包括：
网络互联：路由器可以连接不同类型的网络，如以太网、光纤网络等。
路由选择：根据路由表，选择最佳的路径来传输数据包。
IP地址管理：分配和管理IP地址，为网络中的设备提供唯一的IP地址。
防火墙功能：许多路由器具备防火墙功能。
VPN支持：路由器支持虚拟私人网络（VPN），可以建立安全的远程连接。

应用场景：
路由器广泛应用于各种规模的网络，从家庭网络到大型企业网络。

3 TCP/IP协议栈

3.1 传输层，TCP/UDP

TCP
面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP三次握手：
第一次握手：客户端发送一个带有SYN标志的TCP报文到服务器。
第二次握手：服务器返回一段带有SYN和ACK标志的TCP报文给客户端。
第三次握手：最后客户端发送一个带有ACK标志的TCP报文给服务器。
通过三次握手，双方都确认连接。

TCP四次挥手：
第一次挥手：当主机A向主机B发送一个带有FIN标志的TCP报文。
第二次挥手：主机B返回一个带有ACK标志的TCP报文，确认收到断开请求。
第三次挥手：当主机B也没有数据要发送了，会向主机A发送一个带有FIN标志的TCP报文。
第四次挥手：主机A收到主机B发来的FIN报文后，返回一个带有ACK标志的TCP报文。
通过四次挥手，就完成了TCP断开连接的过程。

挥手比握手多了一次，主机B数据发送完毕的确认才断开。

常见的TCP应用：
HTTP、HTTPS、FTP、SMTP（邮件服务）、IMAP（邮件服务）、SSH、DNS、MySQL/MariaDB、PostgreSQL、VPN、NTP等。

UDP
一种无连接的传输层协议，它不保证数据包的顺序到达或可靠性。
UDP适用于那些不需要可靠传输的应用，如实时通信、流媒体传输等。

UDP通常用于以下场景：
实时应用：如VoIP电话、视频会议等，这些应用对延迟敏感，需要快速传输数据。
游戏：许多在线游戏使用UDP进行数据传输，因为它可以提供较低的延迟和较高的吞吐量。
DNS查询。

对于那些需要可靠传输的应用，如文件传输、电子邮件等，通常会使用TCP（传输控制协议）作为替代方案。

范例：TCP内核参数优化

##逐步修改，观察

##先备份
[root@rocky-41 ~]$sysctl -a > sysctl-20240628.bak

[root@rocky-41 ~]$cat >>/etc/sysctl.conf <<EOF
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 2
##这个参数设置了TCP连接在关闭后，处于TIME-WAIT状态的持续时间（单位：秒）。默认值为60秒，这里设置为2秒，可以加快资源回收的速度。

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
##这个参数开启了TCP连接的TIME-WAIT重用功能，允许在TIME-WAIT状态的连接被快速回收。这有助于提高系统资源的利用率。

#net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
##这个参数开启了TCP连接的快速回收功能，它比TIME-WAIT重用更激进，可以在连接进入TIME-WAIT状态之前就进行回收。这有助于进一步提高系统资源的利用率。

net.ipv4.tcp_syncookies = 1
##这个参数开启了TCP的SYN Cookies功能，用于防止SYN Flooding攻击（一种拒绝服务攻击）。当系统资源不足时，可以使用SYN Cookies来处理新的TCP连接请求。

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
##这个参数设置了TCP连接的保活时间（单位：秒），即在多长时间内没有数据传输时，发送保活包来检测连接的可用性。默认值为7200秒，这里设置为600秒。

net.ipv4.ip_local_port_range = 2000 65000
##这个参数设置了TCP连接的本地端口范围，用于分配给客户端的本地端口。默认值为32768到61000，这里设置为2000到65000。

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 16384
##这个参数设置了TCP连接的最大半连接数（SYN队列长度）。默认值为1024，这里设置为16384。

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 36000
##这个参数设置了TCP连接的最大TIME-WAIT状态的数量。默认值为18000，这里设置为36000。

net.ipv4.route.gc_timeout = 100
##这个参数设置了IP路由表的垃圾收集超时时间（单位：秒）。默认值为300秒，这里设置为100秒。

net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
##这个参数设置了TCP连接的SYN重传次数。默认值为6，这里设置为1。

net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
##这个参数设置了TCP连接的SYN+ACK重传次数。默认值未明确设置，这里设置为1。

net.ipv4.tcp_max_orphans = 16384
##这个参数设置了TCP连接的最大孤儿数量（已关闭但尚未从内存中删除的连接）。默认值为32768，这里设置为16384。

net.core.somaxconn = 16384
##这个参数设置了TCP连接的最大句柄数（系统中允许存在的最大TCP连接数）。默认值为128，这里设置为16384。

net.core.netdev_max_backlog = 16384
##这个参数设置了网络设备的最大积压包数量（即未被内核处理的包数量）。默认值为300，这里设置为16384。
EOF


##-p生效
[root@rocky-41 ~]$sysctl -p
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 2
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.ip_local_port_range = 2000 65000
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 16384
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 36000
net.ipv4.route.gc_timeout = 100
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
net.ipv4.tcp_synack_retries = 1
net.ipv4.tcp_max_orphans = 16384
net.core.somaxconn = 16384
net.core.netdev_max_backlog = 16384

3.2 Internet网络层IP地址组成网络+主机

网络 ID：标识网络，每个网段分配一个网络ID，处于高位 
主机 ID：标识单个主机，由组织分配给各设备，处于低位
	全为0：网段地址，不适用主机ID
	全为1：广播地址，不适用主机ID

局域网IP
	10.0.0.0.0到10.255.255.255：10.0.0.0/8
	172.16.0.0到172.31.255.255：172.16.0.0/12
	192.168.0.0到192.168.255.255：192.168.0.0/18

特殊IP
	0.0.0.0：所有不清楚的主机和目的网络
	127.0.0.1：环回地址，本机测试
	*.*.*.255：广播地址
	*.*.*.0/24每个子网的第一个地址：网络地址

子网掩码划分
	IP/网络ID位数
	如10.0.0.31/24：前24位二进制即10.0.0为网络ID，31为主机ID
	网上搜索IP计算器直接划分
	相同网段：即网络ID相同

范例：网络工具，iftop/ping/iptables/tcpdump

##环境说明：31恶意ping41，41观察到网络流量剧增后，启用防火墙阻止31访问

##41安装iftop软件包，监控网络流量
[root@rocky-41 ~]$iftop
rocky-41              => 10.0.0.51             13.2Kb  10.7Kb  24.6Kb
                      <=                       13.0Kb  10.8Kb  11.2Kb
rocky-41              => 10.0.0.1               816b    874b   1.16Kb
                      <=                        184b    184b    552b


##31 ping -c1 发送一个ICMP回显请求数据包 -w1 等待回应时间1秒，如果目标41能连接，则-f 不分段发送-s 65507 大小的数据包给41
[root@anolis-31 ~]$ping -c1 -w1 10.0.0.41 &> /dev/null;echo $?;
1
[root@anolis-31 ~]$ping -f -s 65507 10.0.0.41


##41马上发现31连接，流量很高
[root@rocky-41 ~]$iftop
rocky-41              => 10.0.0.31              220Mb   184Mb  45.9Mb
                      <=                        220Mb   184Mb  45.9Mb
rocky-41              => 10.0.0.51             4.93Kb  23.3Kb  25.1Kb
                      <=                       5.71Kb  9.91Kb  11.8Kb
rocky-41              => 10.0.0.1              1.55Kb  1.33Kb   952b
                      <=                        184b    245b    199b


##41使用iptables防火墙规则，拒绝31访问
##iptables -F清除规则
[root@rocky-41 ~]$iptables -A INPUT -s 10.0.0.31 -j REJECT
[root@rocky-41 ~]$iftop
rocky-41              => 10.0.0.31             4.50Kb  31.4Mb   159Mb
                      <=                       41.5Mb  68.8Mb   168Mb
rocky-41              => 10.0.0.51             14.2Kb  24.7Kb  24.9Kb
                      <=                       14.3Kb  11.1Kb  11.6Kb
rocky-41              => 10.0.0.1              1.05Kb  1.48Kb  1.33Kb
                      <=                        184b    411b    320b

##可以开两个窗口使用ping、tcpdump查看网络连接，证明网络通，但是拒绝访问
[root@rocky-41 ~]$ping 10.0.0.31
[root@rocky-41 ~]$tcpdump -i any -nn icmp
dropped privs to tcpdump
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on any, link-type LINUX_SLL (Linux cooked v1), capture size262144 bytes
12:45:10.418465 IP 10.0.0.41 > 10.0.0.31: ICMP echo request, id 26, seq 1, length 64
12:45:10.419194 IP 10.0.0.31 > 10.0.0.41: ICMP echo reply, id 26, seq1, length 64
12:45:10.419254 IP 10.0.0.41 > 10.0.0.31: ICMP 10.0.0.41 protocol 1 port 57830 unreachable, length 92

范例：arp请求获取IP、MAC地址

##ARP请求广播到局域网络上的所有主机，收到返回消息后IP、MAC存入本机ARP缓存中并保留一定时间。
##已经过期或不再有效（STALE）
##目前可达（REACHABLE）

[root@rocky-41 ~]$ip neighbo
10.0.0.51 dev ens160 lladdr 00:0c:29:05:2f:24 REACHABLE
10.0.0.2 dev ens160 lladdr 00:50:56:e7:91:b2 STALE
10.0.0.31 dev ens160 lladdr 00:0c:29:a2:4e:64 STALE
10.0.0.1 dev ens160 lladdr 00:50:56:c0:00:08 REACHABLE

4 网络配置工具ip/ss/nmcli

IP地址配置

主机名：最好使用主机名描述IP
IP地址：DHCP自动获取/static手动设置
子网掩码：如24位==255.255.255.0
默认网关：连接外部网络，交换机或路由器
DNS服务器：将域名转换为IP地址的服务器地址

##ip命令
##来自于iproute包
##ip [ OPTIONS ] OBJECT { COMMAND | help }
##	OBJECT：link addr route管理连接、地址、路由

##ip a 显示ip信息
[root@anolis-31 ~]$ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens160: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:a2:4e:64 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname enp3s0
    inet 10.0.0.31/24 brd 10.0.0.255 scope global noprefixroute ens160
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::20c:29ff:fea2:4e64/64 scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever

##关闭/启动网络接口ip link set dev <interface> up 或 down
[root@anolis-31 ~]$ip link set lo down
[root@anolis-31 ~]$ip link set lo up

##添加/删除地址ip addr add/del <IP/MASK> dev <interface>
##新增ip地址201，label增加标签ens160：1
[root@anolis-31 ~]$ip addr add 10.0.0.201/24 ens160 label ens160:1
[root@anolis-31 ~]$ip addr del 10.0.0.201/24 dev ens160

##管理路由表
##ip route add/del <destination> via <gateway>
##添加一个默认网关ip route add default via 192.168.1.254
[root@anolis-31 ~]$ip route
default via 10.0.0.2 dev ens160 proto static metric 100
10.0.0.0/24 dev ens160 proto kernel scope link src 10.0.0.31 metric 100
[root@anolis-31 ~]$ip route add 10.0.0.51 via 10.0.0.2
[root@anolis-31 ~]$ip route del 10.0.0.51 via 10.0.0.2
##查看路由过程
[root@anolis-31 ~]$ip route get 8.8.8.8
8.8.8.8 via 10.0.0.2 dev ens160 src 10.0.0.31 uid 0
    cache
[root@anolis-31 ~]$ip route get 10.0.0.41
10.0.0.41 dev ens160 src 10.0.0.31 uid 0
    cache

ss命令
来自iproute包，常用选项
-t: tcp协议相关
-u: udp协议相关
-l: listen状态的连接
-a: 所有
-n: 数字格式
-p: 相关的程序及PID

##查看在监听的tu协议的端口
[root@anolis-31 ~]$ss -ntul
Netid State  Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:PortProcess
tcp   LISTEN 0      128          0.0.0.0:22        0.0.0.0:*
tcp   LISTEN 0      128             [::]:22           [::]:*

##常用组合-tan, -tanl, -tanlp, -uan
##查看所有tcp协议的sshd相关程序
[root@anolis-31 ~]$ss -ntap | grep sshd
LISTEN 0      128          0.0.0.0:22        0.0.0.0:*     users:(("sshd",pid=835,fd=3))
ESTAB  0      36         10.0.0.31:22       10.0.0.1:59977 users:(("sshd",pid=1467,fd=4),("sshd",pid=1465,fd=4))
ESTAB  0      0          10.0.0.31:22       10.0.0.1:59993 users:(("sshd",pid=1498,fd=4),("sshd",pid=1496,fd=4))
LISTEN 0      128             [::]:22           [::]:*     users:(("sshd",pid=835,fd=4))

nmcli网络配置工具
NetworkManager服务，此服务是管理和监控网络设置的守护进程
修改配置文件执行生效
	nmcli con reload
	nmcli con up con-name

范例：修改网络配置文件

##局域网时，有很多不需要的内容可以简化
##如需要DNS服务器，可以有多个DNS0=8.8.8.8；DNS1=...
##DOMAIN 主机不完整时，自动搜索的域名后缀
##HWADDR 对应的设备的MAC地址
##NETMASK 子网掩码,如:255.255.255.0
##PREFIX 网络ID的位数, 如:24
##默认红帽系列配置文件目录/etc/sysconfig/network-scripts
[root@anolis-31 ~]$cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160
TYPE=Ethernet: 指定了网络连接的类型为以太网。
PROXY_METHOD=none: 没有使用代理服务器。
BROWSER_ONLY=no: 该设置允许网络接口用于不仅仅是浏览，还包括其他网络通信。
BOOTPROTO=static: IP地址的分配方式是静态的，即IP地址需要手动配置而不是通过DHCP自动获取。
IPADDR=10.0.0.31: 网络接口的IPv4地址是10.0.0.31。
PREFIX=24: 子网掩码的长度是24位，对应于子网掩码255.255.255.0。
GATEWAY=10.0.0.2: 默认网关的IPv4地址是10.0.0.2。
DEFROUTE=yes: 表示启用默认路由。
IPV4_FAILURE_FATAL=no: 如果IPv4配置失败，系统不会因此而停止启动。
IPV6INIT=yes: 启用IPv6支持。
IPV6_AUTOCONF=yes: 启用IPv6的自动配置。
IPV6_DEFROUTE=yes: 启用IPv6的默认路由。
IPV6_FAILURE_FATAL=no: 如果IPv6配置失败，系统不会因此而停止启动。
IPV6_ADDR_GEN_MODE=eui64: IPv6地址生成模式是基于EUI-64格式，这通常意味着将从网络接口的MAC地址生成IPv6地址的一部分。
NAME=ens160: 网络接口的名称是ens160。
UUID=5ca74eaf-077a-4dc9-9db7-9cc08f45ea5c: 网络连接的唯一标识符。
DEVICE=ens160: 网络设备的名称与网络接口名称相同，这里是ens160。
ONBOOT=yes: 网络接口将在系统启动时自动启用。

##简化后
[root@anolis-31 ~]$cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=static
IPADDR=10.0.0.31
PREFIX=24
GATEWAY=10.0.0.2
DEVICE=ens160
NAME=ens160
ONBOOT=yes

##执行nmcli生效
[root@anolis-31 ~]$nmcli connection reload
[root@anolis-31 ~]$nmcli connection up ens160
连接已成功激活（D-Bus 活动路径：/org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/4）

范例：修改DNS

##/etc/resolv.conf，解析域名的服务器地址：nameserver 114.114.114.114。
##/etc/hosts，用于本地主机数据库，它可以将主机名映射到IP地址：10.0.0.41 rocky41.wang.org。
##hosts优先于resolv

[root@anolis-31 ~]$cat >>/etc/hosts<<EOF
> 10.0.0.41 rocky41.wang.org
> EOF
[root@anolis-31 ~]$ping rocky41.wang.org
PING rocky41.wang.org (10.0.0.41) 56(84) bytes of data.

##能解析域名，是因为/etc/resolv有DNS服务器ip，或有连外网的ip，注释掉，就无法解析域名；
[root@anolis-31 ~]$ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (183.2.172.42) 56(84) bytes of data.
[root@anolis-31 ~]$sed -i.bak -E '/nameserver/s/(.*)/#\1/' /etc/resolv.conf
[root@anolis-31 ~]$ping www.baidu.com
ping: www.baidu.com: Name or service not known

##还原后能解析域名
[root@anolis-31 ~]$sed -i.bak -E '/nameserver/s/#(.*)/\1/' /etc/resolv.conf
[root@anolis-31 ~]$ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (183.2.172.185) 56(84) bytes of data.