linux基础网络知识

2021-08-06 15:17:16

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1、简述osi七层模型和TCP/IP五层模型

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1.1、OSI七层模型各层定义

  1. 物理层：提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性；有关的物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。
  2. 数据链路层：在网络层实体间提供数据发送和接收的功能和过程；提供数据链路的流控。
  3. 网络层：控制分组传送系统的操作、路由选择、拥护控制、网络互连等功能，它的作用是将具体的物理传送对高层透明。
  4. 传输层：提供建立、维护和拆除传送连接的功能；选择网络层提供最合适的服务；在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制。
  5. 会话层：提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能；提供交互会话的管理功能，如三种数据流方向的控制，即一路交互、两路交替和两路同时会话模式 。
  6. 表示层：代表应用进程协商数据表示；完成数据转换、格式化和文本压缩。
  7. 应用层：提供OSI用户服务，例如事务处理程序、文件传送协议和网络管理等。

1.2、TCP/IP五层各层定义（目前主流使用）

1）、物理层：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0
2）、数据链路层 ：建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能（由底层网络定义协议）。并且将比特组合成字节进而组合成帧，用MAC地址访问介质，错误发现但不能纠正。
  • 以广播的方式通讯
  • 以太网协议：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
  • mac地址：head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即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 ：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，进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择。
  • 协议有：IP（IPV4 IPV6） ARP RARP ICMP IGMP
  • IP协议：规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示范围0.0.0.0-255.255.255.255
  • 一个ip地址通常写成四段十进制数，例：192.168.10.1
  • IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络（配合子网掩码）。
4）、传输层 ：定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验。 协议有：TCP UDP，数据包一旦离开网卡即进入网络传输层 封装的数据格式
5）、应用层 ：规定应用程序的数据格式，网络服务与最终用户的一个接口。 协议有：HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP

1.3七层模型通信流程

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2、总结描述TCP三次握手四次挥手

2.1 TCP标志位,有6种标示:

ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急) SYN(synchronous建立联机) Sequence Number(顺序号码) Acknowledge Number(确认号码)

2.2 三次握手

? 这是 TCP 建立连接的特殊情况，有时会出现两台机器同时执行主动打开的情况，不过概率非常小，这种情况大家仅作了解即可。在这种情况下就无所谓发送方和接收方了，双放都可以称为客户端和服务器，同时打开的过程如下：
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2.3四次挥手

? 建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过 4次握手。这由 TCP 的半关闭( half-close) 造成的。既然一个 TCP 连接是全双工 (即数据在两个方向上能同时传递)， 因此每个方向必须单独地进行关闭。这原则就是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个 FIN 来终止这个方向连接。当一端收到一个 FIN，它必须通知应用层另一端已经终止了数据传送。理论上客户端和服务器都可以发起主动关闭，但是更多的情况下是客户端主动发起。

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常见面试题

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？

答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

? 现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

3、描述TCP和UDP区别

TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的，UDP只是其中的一个， 之所以命名为TCP/IP协议，因为TCP、IP协议是两个很重要的协议，就用他两命名了。

TCP/IP协议集包括应用层,传输层，网络层，网络访问层。

TCP的包头结构：
源端口 16位；
目标端口 16位；
序列号 32位；
回应序号 32位；
TCP头长度 4位；
reserved 6位；
控制代码 6位；
窗口大小 16位；
偏移量 16位；
校验和 16位；
选项 32位(可选)；
这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节。
UDP的包头结构：
源端口 16位
目的端口 16位
长度 16位
校验和 16位
1、基于连接与无连接；
2、对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
3、UDP程序结构较简单；
4、流模式与数据报模式 ；
5、TCP保证数据正确性，UDP可能丢包；
6、TCP保证数据顺序，UDP不保证。

4、总结ip分类以及每个分类可以分配的IP数量

  • A类地址

    以0开头的地址，子网掩码为8位，范围：0.0.0.0-127.255.255.255，网络数量126（不能是0和127），可分配的ip数量2^24-2，私有地址10.0.0.0/8

  • B类地址

    以10开头的地址，子网掩码为16位，范围：128.0.0.0-191.255.255.255，网络数量214，可分配的ip数量216-2，私有地址172.16.0.0/12

  • C类地址

    以110开头的地址，子网掩码为24位，范围：192.0.0.0-223.255.255.255，网络数量2^21，可分配的ip数量254，私有地址192.168.0.0/16

  • D类地址

    以1110开头的地址，组播地址，范围：224.0.0.0-239.255.255.255

  • E类地址

    以1111开头的地址，为保留地址

5、总结IP配置方法

1）、Ifconfig命令**

第一种使用ifconfig命令配置网卡的ip地址。此命令通常用来零时的测试用，计算机启动后，ip地址的配置将自动失效。具体用法如下：

Ifconfig ethx ipaddr netmask x.x.x.x

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注意：此方法配置的ip地址后计算机从新启动将会失效。

2）、nmcli 命令
[23:08:48 root@centos7 data]#nmcli connection add type ethernet con-name eth3 ifname eth1 

[23:10:03 root@centos7 data]#nmcli connection modify eth3 ipv4.addresses 192.168.1.135/24

[23:11:16 root@centos7 data]#nmcli connection modify eth3 ipv4.method manual ipv4.gateway 192.168.1.1 ipv4.dns 223.5.5.5

[23:12:33 root@centos7 data]#nmcli connection show 
NAME    UUID                                  TYPE      DEVICE 
eth0    5fb06bd0-0bb0-7ffb-45f1-d6edd65f3e03  ethernet  eth0     
virbr0  1544fc04-8ea9-4db2-ad80-01e7469cb8cc  bridge    virbr0 
eth3    2de21499-0f01-4c0b-a585-49dafd4ead6c  ethernet  - eth1
3）、编辑配置文件

[23:12:38 root@centos7 data]#vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0

NAME=eth0          #用命令看到的名字
DEVICE=eth0        #设备名
ONBOOT=yes         #网卡是否允许启动
BOOTPROTO=static   #如果是dhcp 此处需要修改
TYPE=Ethernet      #网络类型，以太网
IPADDR=192.168.44.130  #多个IP地址 需要加1 IPADDR1 
PREFIX=24            #掩码 也可以写为 NETMASK 255.255.255.0
GATEWAY=192.168.44.2  #网关 
dns1=192.168.1.1      #DNS 最多两个

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