9网络知识(路由交换和ARP协议)+配置单网卡多ip和配置默认路由

Posted 2020-10-29

网络知识详解

提问：网络到底是什么?
我们在电缆中传输的都是电信号(高电压或者是低电压)，所以高电压就是1，低电压就是0，所以规定一定的时间传输固定的高低电压来当做是接收的数据
我们所谓的10Mbps：每秒中可以传输10M个bit
所以别人说你的是4M的带宽，指的就是4Mbps，要除以8才是实际的速率
那就是4Mbps=4/8MBs=0.5MBs=0.51024KBs=（41024）Kbps=512KB/s的下载速率
我们平时说的下载速度就是以KB/s为单位的
1KB/S=8Kbps 512KB/S=8K*512bps=4096Kbps=4Mbps

信号传输遵循的一种规定,叫做协议
协议：protocol

网络类型

1.总线型网络（上图就是一个总线型网络）：
遵循着CSMA/CD:Carrier sense multi access collision detection载波侦听多路访问，冲突检测。在某一个时刻，一条线缆只能传输一个信号，因此就必须有一个线路仲裁的约定(说白了就是哪一个时刻谁可以使用谁不能使用的意思)

要想实现线路仲裁，就要知道以下的知识点
CSMA/CD:Carrier Sense Mutil Access Collision Detection载波侦听多路访问，冲突检测
检测有数据，就退出不发了，边发送边侦听，这样的一种机制就是以太网
以太网最核心的标识就是上面这个东西

MAC：Media Access Control
我们给每一个主机一个识别码，一种标示，在发送信号的时候，这个信号的首部就放着接收方的mac地址，接收的时候根据mac去匹配这个数据是不是发给你的，不是你的就不接收
无论是首部还是数据，其实在电信号上都是01代码来的。

2.环形网络(IBM的专用技术)：
令牌在不断的环形网络中游走，谁要发送信息的时候，只要抓住这个令牌就可以了
令牌环网：只有持有令牌的人才能发信息
所以他也是解决一种网络仲裁的

3.星型网络
(从逻辑上来讲，他还是一个总线型的网络，只是更方便接线的，当A发送B的时候，C也是可以收到信号的)：

提问：电压是什么？
在电源的两极间产生了电位差，也就是我们常说的电压;一加压，电子是从负极流向正极的。
中继器：我们电压如果在传输的过程中，线路太长，他会因为电阻，线缆质量，等因素，电信号是会不断的衰减的，所以引入一个新的概念，就是中继器，她能将缩减的信号，重新放大，再进行传送。
比如说我们的网线，实际传输距离不可以超过100m，是因为长度越长，衰减越大，就需要一个交换机再将信号放大，在传送，这个实例中的交换机就是类似于中继器的概念

提问：网桥的作用？
网桥就是来连接两岸的，所以当A和C需要通信的时候，而B的链路是收不到的（如果A不知道C在哪里，那B会收到A发过来的广播包，而之后网桥形成了自己的MAC地址表的时候下一次A和C的通信B就不会收到了），而A要和B通信的时候，也是通过网桥来进行传输的

那么网桥是怎么知道A要发给B的呢？
其实它本身就有一个表，通过广播之后就会形成MAC地址表在网桥内。
就是根据MAC地址表来发送的

那么表中的数据从何而来？
提问：假如网桥中没有任何信息，那是怎么通信的呢？
其实通信的开始就是通过广播机制的方式得知的，就是通过不断的学习，然后交换机不断的强大自己的MAC地址表，然后就得知所有的内部网络了，外部的当然被路由器给隔绝了
那我们假如每一台主机都接到网桥的一个接口，如下图所示

全双工和半双工
A可以发信号给B，但是同一时刻B不能发送数据。就是：半双工（如对讲机设备；）
A可以发信号给B，同一时刻B也能发送数据给A就是：全双工（如电话设备；）
网线，其实有用的只有4根，绞线的原因是防止干扰的

而我们的这个网桥设备，能够用自己的MAC地址表识别整个网络，就是叫做交换机
交换机：隔绝了冲突域，不能隔离广播域
路由器：可以隔绝广播域，

冲突域：
广播域：
我们原来用的是物理地址去通信，通过MAC地址去广播，这样就能广播所有的主机，万一整个网络很大，那所有的主机都要被广播，而且链路中也充满了广播，所以大大的加大了链路的负载
为了不用广播到所有网络中，要的就是一个逻辑地址去通信，指定要通信的对方，而这个逻辑地址就是我们所谓的IP地址
广义上的IP包不再看MAC地址是什么，只看我们的ip地址是什么，这样来传输
比如说1.1->2.1（这是两个网段）的时候就是跨网络的传播，到了对端，也不会和MAC地址一样，到了对端还广播找设备，而有一个设备就有专门的表，他记载的是不同接口的ip地址，而这种跨网段的数据连接，主机都是交给自己的网关去处理，而到了其他网段的时候，就根据这个表去将数据包发给指定的网段的主机，而这个设备就是路由器，这个表就是路由器的路由表
当然第一次的时候也是需要广播的，广播之后，就记载了所有网段之间的对应的网段的

网络通信过程(路由器和交换机)
网络早先就是一个总线型网络，虽然用了网桥集合了所有端口，也改变不了实质是总线型的概念

当我们的AB通信，整个链路都没办法通信的，因为传输的是电信号，整个线路都充斥着这个电信号

所以CD也是不能通信的（总线型的缺点）
那我们就需要的是隔离这种冲突，我们用一种设备将他们隔离开来（就是网桥）
用了网桥，如果AC需要通信的话，如果A是刚接入网络中来的，第一次想发送数据给C的话，A首先发送的报文是这样的（广播包）(MA|MBrodcost)（也就是记录了本地的MAC地址和发送一个广播地址的包），因为A压根不知道C的MAC地址是什么，所以首个报文的目的就是广播的，而网桥也是无条件去转发这一种广播包的，也同时让所有设备知道有A的存在，也让网桥在MAC地址表记载A的信息

本地通信的话是一定要依赖于广播的，不然怎么内部通信?
网桥在以前就只接多个网络的，而现在是有多端口的网桥，命名就叫做交换机

其中广播和交换机没有什么关系，就看主机发送的是不是广播包，而交换机是无条件发送广播的
所以如果整个网络都无条件接收广播的话，那整个网络链路会有多么的混乱和增大链路负载

这就引入了一个新的设备：
路由器（隔绝广播域）
路由器区分不同区域的话，如果用MAC地址，他根本不知道怎么区分MAC地址属于哪一个区域，因为MAC地址在记载到网卡上，网卡上的辨识是不同的厂商提供的，所以辨别不同的区域用的是逻辑地址，也就是ip地址和子网掩码合起来去区分。
所以有了路由器发的报文就是这样子的
只要发现目标主机和当前主机不是同一个网段，就把包交给路由器（用来转换非本地通讯的，本地通讯依赖于广播包）

逻辑地址是附加上主机上的，其实最终通讯的话，还是要根据MAC地址去通讯的
我们ping的是ip地址，但是在进程中是靠MAC地址去通信的
我们不通过路由器的内部网络，无论如何，本地通讯都是先通过广播先进行通信的，然后将对应的MAC地址和主机的ip地址记载到了交换机的MAC地址表，而我们本地通讯依靠的广播，就是依靠ARP协议进行ip地址和MAC地址之间查询的

ARP协议

第一次的找目标主机发送的是广播，而是通过就是逻辑地址找MAC地址的，就是ARP协议，而反过来的通过MAC地址找逻辑地址的就是RARP协议

我们区分1.0和2.0是不同网络的是子网掩码（判断哪一部分是指网络的，哪一部分是取的主机的）
像192.168.1.0和192.168.2.0的话，如果子网掩码是24的话，就是不同网络，
而如果子网掩码是22的话，那这两个就是同一个子网
因为22就是255.255.252.0，则网络就是192.168.0.0-192.168.3.255都是同一个网络
不在同一网络的话，就是通过网关去转发
如果网关不跟自己内部的地址在同一个网络是不行的，一定要在同一个网络，这个是常识
理解下图的逻辑（如主机是192.168.1.1/24,网关肯定是属于192.168.1.0/24的网络）

从1.1到2.1的通讯，MAC地址先用的是路由器的1.1的网关的MAC
到了路由器的时候，再重新封装成目标2.1的MAC地址,目标ip是不会变化的
所以说数据包在传输的过程中，MAC地址都是一直变化的，而变化的范围就是本网段的源MAC和目的MAC之间的转换，目的MAC就是下一跳的设备的MAC

之后到了2.1就去掉MAC了，然后查看是到自己的网络IP，就继续解包，最后就可以得到数据了
所以为什么我们发报文的是时候，要有ip首部地址和MAC首部地址了

路由器的路由表
IP和路由器端口号
交换机的MAC地址表
IP和MAC地址

深度去理解互联网中多个路由器的概念：要指定网络到路由表去
1是使用指定静态路由（做这个的话要做双向的指定，不然去的了目的网络，却回不来的）
2是采取协议来实行(如ospf，rip，eigrp这些路由协议这些去学习)
这是属于思科的网络知识
假如一个信息由一个口告诉另外一个口，那这个口不能告诉我告诉你的网络，不然的话会形成环路的，（水平分割）；所以动态学习的机制，还是需要更多的去配置，这里的话就是一个水平分割的知识点

在通信过程中
MAC地址是用来标记本地网络的地址通信（所以一个数据包，MAC地址是不断的变化的）
而ip地址呢？是从源主机到目标主机都不会改变的

我们来通过端口来识别
同一台主机上的不同进程
端口都是0-65536之间的
端口和进程之间是没有必然的关系
比如http服务器是80端口，而在客户机上的是随意的端口去辨识http的进程
而这个http的80端口，是专门分配给web服务的
某一些著名的服务，必须用固定的端口的，ssh是22，dns是53，你更换成其他是可以使用，但是必须要加上你指定的端口去访问，而默认的不用指定，内部就指定了，比如打开网址，默认就是80端口
实际上客户机来讲自己打开的端口是随机的。

我们著名的服务，端口必须一致打开，这叫做监听（监听就是必须要打开一个端口）
一个端口只能属于一个进程
所以有人访问，就随时可以访问
客户端是主动打开，服务器是被动打开
要理解什么叫监听

端口和ip其实还是有关联关系的
ip：port绑定起来就叫做一个套接字：Socket
协议的分层（这是因为数据报文必须交给对应的层去解析的）：
有专门管理MAC的
装专门管理IP的
有专门管理端口的

也就是osi七层模型
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

学网络最核心的就是传输层（解析端口的）和网络层(解析IP地址的)
实际每一个都是非常难的
就比如说网络层的ip，一个IP Header(ip首部)如下图所示

4位的版本号
4位的标识首部长度
服务类型（TOS）
Total Length整体长度
Identification(Fragment ID)：标记符（片标识符）
Fragment Offser：片偏移量，一共有13位
DF：标识不分片(不准分片)
MF:标识有更多的分片
Time-to-Live：存活时间
Protocol：由于标记在data当中的上一个协议标识（常见的是TCP,UDP）
Header Checksum：首部校验和
Source IP：逻辑源ip地址
上图是学习网络的基础知识
当然TCP首部会比这个IP首部还要麻烦

OSI7层参考模型，而现在都是以TCP/IP这种协议来学习,而且反而这种TCP/IP、是现在现实中正在使用的模型
IP层首部有20个字节

4位的版本号 4位的标识首部长度 8位服务类型（TOS） Total Length整体长度
Identification(Fragment ID)：标记符（片标识符）
Fragment Offser：片偏移量，一共有13位
DF：标识不分片(不准分片)
MF:标识有更多的分片
Time-to-Live：存活时间
Protocol：由于标记在data当中的上一个协议标识（常见的是TCP,UDP）
Header Checksum：首部校验和
Source IP：逻辑源ip地址

IPv4点分十进制学习(网络基础)
一个ip地址是分为网络地址和主机地址
A类的是首位是0，其他7位可变化
127个A类，127用于回环，有用的就是1-126，2^7-1个A类
（实际设计用127的A类做回环，是非常浪费的）
B类是以10开头，后面7位随意变化
64个B类网络，2^14个B类网络
C类是以110开头，后面随意变化
32个C类地址，2^21个C类网络
D类：
224-239
E类：

所有的IP地址都由

国际组织NIC（Network Information Center）负责统一分配.

目前全世界共有三个这样的网络信息中心。
InterNIC：负责美国及其他地区；
ENIC：负责欧洲地区；
APNIC：负责亚太地区。
我国申请IP地址要通过APNIC，APNIC的总部设在日本东京大学。申请时要考虑申请哪一类的IP地址，然后向国内的代理机构提出

私有地址（这些地址也是不能被路由的，作为源地址是可以的，作为目标地址在互联网中是不会传送的）：

路由（选择路径的，有很多考虑的因素：如cost值，跳数之类的）

目标是一个主机的就是主机路由(如7.1主机)
目标是一个网络的就是网络路由（如到达7.0的网络）
最佳匹配我们默认是选择主机路由优先的（默认选择会觉得主机路由是为我专用铺设的，而网络范围大的次选）
一个路由器如果没有匹配的条目，一般都会设置一个默认路由0.0.0.0/0

划分子网：简单来说就是把主机位拿过来给网络位来用
TCP详解
TCP也是沙漏的模型
无论底层的传输介质什么不同，到了第三层的ip就都是一样的，如下
底下是以太网的，或者是点对点的拨号网络：ppp，ATM的
这些底层机制都不一样，但是到了IP都服服帖帖都变成可识别的了

TCP: Transmission Control Protocol
有连接可靠的协议
试探性的找到对方，然后在进行连接，然后才进行报文发送的

经典的三次握手
双向通道，双向断开的
（断开需要四次握手（比如模拟断开：tom说分手（主动断开），对方同意，等一下对方也要说一次分手，tom同意）
tom提出分手的就是主动关闭，提出之后，time-wait1等待对方说同意，time-wait2等待对方说一次分手）
下面我们来看一下TCP的首部

TCP首部 4个字节
源端口和目标端口
序列号
确认号
首部长度（4bit） 3位Reserved URG（紧急位）ACK（确认位）PSH(不在缓冲区停留，而是赶紧的发送出去)RST(连接重置（不需要像三次握手这样做）)SYN(追求的)FIN(说分手的) Window Size窗口大小（接收方可接受的缓冲区的报文的个数，所以数据报文传送多少要取决于接收方的窗口大小）
TCP的校验和
紧急指针
Options

我们现在看一下三次握手和四次断开，如下图

TCP的有限状态机，而且TCP就是在这些状态里不断的转换的，他一定属于上面的某一次握手或者断开，所以在抓包的时候就可以看到了.

资源子网：资源的共享或者是子网的获取.

网络功能是内核的层次
路由器（其实就是扁平化的一台电脑而已，只是系统和硬件专门对网络转发等做了优化而已，一般底层也都是Linux来的）

网卡的绑定机制：bonding
我们作为系统管理员，完全可以将两块网卡同时工作（负载也好，主备也好）

UDP:User Datagram Protocol
无连接不可靠的协议
直接把报文丢到网络去，对方能不能收到不理会
QQ用的就是UDP（他会返回对方未收到之类的信息是在应用层的部署，他在传输层就是UDP的协议）

要知道哪一些是TCP的，哪一些是UDP的
点对点的拨号网络：ppp

网络配置与管理：
在2013年这个网络基础有详细的笔记
冲突域：老的总线型网络是各个终端处在一个冲突域的
网桥：
多接口：交换机
学习：
广播域：
8位2进制数据：0-255
0-255.0-255

Hub有MAC地址（各个Host处在同一个广播域）
路由器有路由表
在2013年的教程中有详细的学习
1.1 --> 2.2
1111 1111. 0000 0000
1.0
2.0
IP: 4段
1.1.1.1
32位：
大：0 000 0000 - 0 111 1111：0-127
中：10 00 0000 - 10 11 1111：128-191
小：110 0 0000 - 110 1 1111：192-223
d1110 0000 - 1110 1111：224-239
e1111 0000 - 1111 1111：240-255

全0：网络地址
全1：广播地址

A：1-126
126个网络
每个网络中的主机：2^24-2
B：128-191
2^14个网络
每个网络中的主机：2^16-2
C：192-223
2^21个网络
每个网络中的主机：2^8-2

172.16.0.0
255.255.0.0
子网划分
172.16.0.0/255.255.255.0
172.16.255.0/255.255.255.0
172.16.255.255

子网汇聚；超网
192.168.0.0/255.255.255.0 --> 192.168.255.0/255.255.255.0
192.168.0.0/255.255.0.0

ip地址划分

A类：
1-126个网络，127用于回环，2^7-1（127网段用作回环地址其实是非常浪费的，当时肯定划分的时候一定是非常多地址，其实我们ping回环地址不只是127.0.0.1，其实是127网段的可用地址都是通的，比如127.0.0.5）
容纳的主机数：2^24-2
默认掩码：255.0.0.0
主机位全0：网络地址
主机位全1：广播地址

B类：
2^14个网络
容纳的主机数：2^16-2
默认掩码：255.255.0.0

C类：
2^21个网络
容纳的主机数：2^8-2
默认掩码：255.255.255.0

私有地址
A类：
1个：10.0.0.0/255.0.0.0
B类：
16个：172.16.0.0/255.255.0.0-172.31.0.0/255.255.0.0
C类：
256个：192.168.0.0/255.255.255.0-192.168.255.0/255.255.255.0

路由表生产方法：
1、静态设置
2、动态生成(rip,ospf,eigrp之类的)
cost: 成本
rip特性：经过的跳数越少就越小
时长
路由协议：RIP2, OSPF, EIGRP（生产路由条路，对路由进行匹配传输的）
可路由协议：IP协议
其实是进程与进程之间的交互（有一个概念就是叫做进程监听器）

ip是真正实现主机到主机之间的通信的，目的地址是不会变的
物理介质：物理层，物理层协议
链路层：数据帧，链接层协议（PPP等等）；只能完成同层的设备之间进行通信
网络层：数据包，IP协议
传输层：传输层 （TCP,UDP）
TCP：0-65535
UDP：0-65535
应用层：标记资源

端口：用于标记进程
0-65535：

Socket: IP:port（套接字就是IP和端口的组合）进程之间通信是通过套接字的
172.16.100.7:80
172.16.100.8:80

协议栈：内核
TCP/IP协议簇

主机名：FQDN完全合格；完全限定的域名
Full Qulified Domain Name
www.magedu.com
名称解析：DNS

理解其中一些概念？
Fragment: IP分片（分开传输，到达时候再合并）
我们本地传输这么快，和远程传输这么慢
源于帧，源于MTU：Maximum Translate Unit（最大传输单元）
我们发送的本地是1500的传输单元，而路由器有一些还有一些不支持这么大的MTU，就必须再分片去传输
Fragment: IP分片（分开传输，到达时候再合并）
所以分片的会非常的小去传输，而且中间很多路由器，会不断拆和不断去封装
合并的话要怎么去合呢？

TCP Header

FIN结束关系，SYN建立关系
ACK确认号，URG紧急位
下图是三次握手和四次断开

TCP被称为：有限状态机
FSM: Finite State Machine

Bonding的模式一共有7种：
#define BOND_MODE_ROUNDROBIN 0 （balance-rr模式）网卡的负载均衡模式
#define BOND_MODE_ACTIVEBACKUP 1 （active-backup模式）网卡的容错模式
#define BOND_MODE_XOR 2 （balance-xor模式）需要交换机支持
#define BOND_MODE_BROADCAST 3 （broadcast模式）
#define BOND_MODE_8023AD 4 （IEEE 802.3ad动态链路聚合模式）需要交换机支持
#define BOND_MODE_TLB 5 自适应传输负载均衡模式
#define BOND_MODE_ALB 6 网卡虚拟化方式

bonding模块的所有工作模式可以分为两类：多主型工作模式和主备型工作模式，balance-rr 和broadcast属于多主型工作模式而active-backup属于主备型工作模式。（balance-xor、自适应传输负载均衡模式（balance-tlb）和自适应负载均衡模式（balance-alb）也属于多主型工作模式，IEEE 802.3ad动态链路聚合模式（802.3ad）属于主备型工作模式.

回顾：网络基础知识
ARP：协议
本地通信必须要通过MAC地址来通信
在一个局域网内，A需要知道B的MAC地址，A就需要发送一个广播,然后通过ARP协议知道B端的MAC地址
涉及到了一个ARP欺骗.
比如在一个局域网内，A要和B通信，A要获取B的mac地址，但是是C主机作为攻击主机，他截取收到，给A发送了一个回去的包，A以为C就是B，而这时候A需要回包给B的时候，就回包给了C，然后C再回包给B，整个流程就形成了一个ARP欺骗，每一次数据A到B的时候，C都会收到一份

Hostname: 主机名
ifconfig route
ifconfig ethX IP/Mask {up}
ifconfig ethX IP netmask Mask
ip addr add dev ethX IP/Mask [label LABEL]
以上是立即生效，但不会永久有效，而下面的是不会立即生效重启有效
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ethX

配置主机名的方法：FQDN（Fully Qualified Domain Name 正式域名）
hostname HOSTNAME
/etc/sysconfig/network
NETWORKING={yes|no}
HOSTNAME=
GATEWAY=这里也可以配置网关的，（作用范围越小，有效性越高）
[[email protected] ~]# cat /etc/sysconfig/network
NETWORKING=yes 网络开关
HOSTNAME=www 主机名

默认网关只有一个，但是路由可以有很多条
路由：
route add {-host|-net} gw GATEWAY 添加主机路由或者是网络路由
route add default gw GATEWAY 添加默认路由

ip route add DEST [via NEXT_HOP|dev DEVICE] [src SOURCE]

常用的网络状态的选项是-tan
netstat -tan （t表示tcp，a表示的是ESTABLISHED和LISTEN都显示出来，一般我们显示LISTEN就好，因为显示建立连接的可能会很多，n表示以数字显示）
netstat -untlp 常用这个（没有显示ESTABLISHED）
ss -untlp

proc是伪文件系统，所以很多proc的都是不能直接vim编辑器去编辑的
所以是通过sys接口去修改内核参数的
我们的主机名是保存在内核文件中的/proc/sys/kernel/hostname