11.网络管理和配置

11.网络管理和配置
1.计算机网络体系结构和参考模型

1.1 计算机网络分层结构及基本概念

层次划分的必要性：

两个系统中计算机的通信是一个很复杂的过程，为了降低协议设计和调试过程的复杂性，也为了便于对网络进行研究、实现和维护，促进标准化工作，通常对计算机的网络体系结构以分层的方式进行建模。

分层的基本原则：
- 每层都实现一种相对独立的功能，降低大系统的复杂度
- 各层之间界面自然清晰，易于理解，互相交流尽可能少
- 各层功能精确定义独立于具体实现的方法，可以采用最合适的技术来实现
- 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
- 整个分层结构应能促进标准化工作
协议：交换数据规则的集合，它是平行的。

接口：同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，每层只能为紧邻的层次之间定义接口

服务：下层为紧邻的上层提供的功能调用，它是垂直的。

1.2 OSI参考模型

国际标准化组织（OSI）提出的网络体系结构模型，称为开放系统互连参考模型，通常简称为OSI参考模型。OSI的层次结构和通信过程如图所示。
- 第一层物理层
  
  物理传输层的单位是比特，任务是透明的传输比特流，它负责管理电脑通信设备和网络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、网卡、主机接口卡等
- 第二层数据链路层
  
  数据链路层的传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组成帧。功能可以概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理等，实现点到点的通信。
- 第三层网络层
  
  网络层的传输单位是数据报，主要任务是吧网络层的协议数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。关键是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互连等功能
- 第四层传输层
  
  传输层的传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP）,传输层负责主机中两个进程之间的通信。
- 第五层会话层
  
  管理主机间的会话进程，包括建立、管理及终止进程间的会话
- 第六层表示层
  
  数据格式交换、数据加密解密和数据压缩恢复。
- 第七层应用层
  
  应用层（Application Layer）提供为应用软件而设的接口，以设置与另一应用软件之间的通信。例如: HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3、MySQL等
在高层次中如：会话层、表示层和应用层的协议数据单元（PDU：Protocol Data Unit）都是消息 message

范例：
```
#查看网卡是否启用
[root@centos8 data]# mii-tool -v eth0
SIOCGMIIPHY on 'eth0' failed: Operation not supported
[root@centos8 data]# ethtool eth0
Settings for eth0:
	Supported ports: [ ]
	Supported link modes:   Not reported
	Supported pause frame use: No
	Supports auto-negotiation: No
	Supported FEC modes: Not reported
	Advertised link modes:  Not reported
	Advertised pause frame use: No
	Advertised auto-negotiation: No
	Advertised FEC modes: Not reported
	Speed: Unknown!
	Duplex: Unknown! (255)
	Port: Other
	PHYAD: 0
	Transceiver: internal
	Auto-negotiation: off
	Link detected: yes
[root@centos8 data]# ip link
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:12:a3:c2 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
```
1.3 TCP/IP模型

OSI参考模型与TCP/IP参考模型如图：
- 面向连接
  
  分为三个阶段：1.建立连接；2.传输数据；3.释放连接
- 面向无连接
  
  直接进行数据传输
- OSI先有模型；TCP/IP先有协议，后有模型
5层参考模型：综合了OSI和TCP/IP的优点

2.传输层协议

2.1 传输层介绍

2.1.1传输层功能
- 提供进程与进程之间的逻辑通信
- 复用和分用
  
  复用：应用层所有的应用进程都可以通过传输层再传输到网络层
  
  分用：传输层从网络层接收到数据后交付指明的应用进程
- 对收到的报文进行差错检测
- 传输层的两种协议
2.1.2 传输层的寻址与端口

端口是传输层的接口，用于标识主机中的应用进程

端口长度为16bit,能表示65536个不同的端口号
- 0-1023：系统端口或特权端口(仅管理员可用) ，众所周知，永久的分配给固定的系统应用使用， 22/tcp(ssh), 80/tcp(http), 443/tcp(https)
- 1024-49151：用户端口或注册端口，但要求并不严格，分配给程序注册为某应用使用， 1433/tcp(SqlServer), 1521/tcp(oracle),3306/tcp(mysql),11211/tcp/udp (memcached)
- 49152-65535：动态或私有端口，客户端随机使用端口，范围定义：/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
套接字Socket=主机IP地址+端口号

范例：
```
#调整客户端的动态端口范围
[root@centos8 data]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 
32768	60999
[root@centos8 data]# echo 20000 62000 > /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
[root@centos8 data]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 
20000 62000

#找到端口冲突的应用程序
[root@centos8 data]# nc -l 22
Ncat: bind to 0.0.0.0:22: Address already in use. QUITTING.
[root@centos8 data]# ss -ntlp
State   Recv-Q  Send-Q   Local Address:Port   Peer Address:Port                                                                
LISTEN  0       128            0.0.0.0:5355        0.0.0.0:*      users:(("systemd-resolve",pid=910,fd=13))                    
LISTEN  0       128            0.0.0.0:80          0.0.0.0:*      users:(("nginx",pid=133609,fd=8),("nginx",pid=133608,fd=8))  
LISTEN  0       128            0.0.0.0:22          0.0.0.0:*      users:(("sshd",pid=976,fd=5))                                
LISTEN  0       100          127.0.0.1:25          0.0.0.0:*      users:(("master",pid=113712,fd=16))                          
LISTEN  0       128               [::]:5355           [::]:*      users:(("systemd-resolve",pid=910,fd=15))                    
LISTEN  0       128               [::]:80             [::]:*      users:(("nginx",pid=133609,fd=9),("nginx",pid=133608,fd=9))  
LISTEN  0       100              [::1]:25             [::]:*      users:(("master",pid=113712,fd=17))
[root@centos8 data]# lsof -i :22
COMMAND    PID USER   FD   TYPE  DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
sshd       976 root    5u  IPv4   24095      0t0  TCP *:ssh (LISTEN)
sshd    261372 root    5u  IPv4 3935567      0t0  TCP centos8.2:ssh->49.118.65.208:7218 (ESTABLISHED)
sshd    261386 root    5u  IPv4 3935567      0t0  TCP centos8.2:ssh->49.118.65.208:7218 (ESTABLISHED)

#判断端口是否正在打开
[root@centos8 data]# < /dev/tcp/127.0.0.1/80
[root@centos8 data]# echo $?
0
[root@centos8 data]# < /dev/tcp/127.0.0.1/8090
-bash: connect: Connection refused
-bash: /dev/tcp/127.0.0.1/8090: Connection refused
[root@centos8 data]# echo $?
1
```
2.2 TCP协议

2.2.1 TCP协议特性
- TCP是面向连接的传输层协议
- 每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点
- TCP提供可靠的服务
- TCP提供全双工通信。
  
  发送缓存：准备发送的数据和已发送但尚未收到确认的数据
  
  接收缓存：按序到达但尚未被接受应用程序的读取的数据和不按序到达的数据
- TCP面向字节流：TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流
2.2.2 TCP报文段首部格式
- URG：URG=1时，标明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存里排队，配合紧急指针字段使用。
- ACK：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段
- PSH：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来。
- 复位RST：RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接。
- 同步位SYN：SYN=1时，表明是一个连接请求/连接接受报文。
- 终止位FIN：FIN=1时，表明此报文段发送方数据已发完，要求释放连接。
- 窗口：指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量。
- 检验和：检验首部+数据，检验时要加上12B伪首部，第四个字段为6。
- 紧急指针：URG=1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数。
- 选项：最大报文段长度MSS、窗口扩大、时间戳、选择确认…
2.2.3 TCP的连接管理

TCP连接传输三个阶段：

连接建立→数据传送→连接释放

TCP连接建立：

seq为序号段数值为随机，ACK与ack应是同时存在，ack为确认号段。

TCP连接释放：

内核TCP参数优化

参看帮助：使用man tcp 、也可以访问官网查看 /proc/sys/net目录中对应网络相关文档https://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html

2.3 UDP协议

2.3.1 UDP协议特性

无连接，减少开销和发送数据之前的时延

不保证可靠交付

面向报文，适合一次性传输少量数据的网络应用

无拥塞控制

首部开销小，8B，TCP20B

2.3.2 UDP首部格式

3.网络层

3.5 IP地址

3.5.1 IP地址组成

IP地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。

IP地址={<网络号>,<主机号>}

3.5.2 IP地址分类

私有IP地址：
- A类：10.0.0.0~10.255.255.255
- B类：172.16.0.0~172.31.255.255
- C类：192.168.0.0~192.168.255.255
3.5.3 特殊地址
- 0.0.0.0
  
  0.0.0.0不是一个真正意义上的IP地址。它表示所有不清楚的主机和目的网络
- 255.255.255.255
  
  限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机
- 127.0.0.1～127.255.255.254
  
  本机回环地址，主要用于测试。在传输介质上永远不应该出现目的地址为“127.0.0.1”的数据包
- 224.0.0.0到239.255.255.255
  
  组播地址，224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器。224.0.0.5指OSPF 路由器，地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序
- 169.254.x.x
  
  如果Windows主机使用了DHCP自动分配IP地址，而又无法从DHCP服务器获取地址，系统会为主机分配这样地址
3.5.5 子网掩码

无分类域间路由选择CIDR：

1.消除了传统的A类，B类和C类地址以及划分子网的概念。

CIDR：无类域间路由，目前的网络已不再按A，B，C类划分网段，可以任意指定网段的范围

CIDR记法：IP地址后加上“/”，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数。 e.g. 128.14.32.0/20

2.融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。

CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个 “CIDR地址块”。

范例：

一个主机：172.16.1.100/28

1、此主机所在的网段最多有多少主机?主机数=2^(32-28)-2=14

2、网络ID? IP和子网掩码相与，172.16.1.96
- 10101100 00010000 00000001 01100100
- 11111111 11111111 11111111 11110000
- 10101100 00010000 00000000 01100000
  
  172 16 1 96
3、此网段的主机中最小的IP：172.16.1.97，最大的IP?172.16.1.110
- 10101100 00010000 00000000 01100001
- 10101100 00010000 00000000 01111110
3.5.6 子网划分和超网划分

划分子网：将一个大的网络（主机数多）划分成多个小的网络（主机数少），主机ID位数变少，网络ID 位数变多，网络ID位向主机ID位借位

合并超网：将多个小网络合并成一个大网，主机ID位向网络ID位借位

范例：
```
中国电信10.0.0.0/8 给32个各省公司划分对应的子网
1）每个省公司的子网的netmask？
2^5>=32 借5位网络ID
8+5=13
255.248.0.0

2)每个省公司的子网的主机数有多少？
2^(32-13)-2=524286

3）河南省得到第10个子网，网络ID？
10.00000 000.0.0/13
10.01001 000.0.0/13
10.72.0.0/13

4）河南省得到第10个子网的最小IP和最大的IP？
10.01001 000.0.1
10.01001 111.11111111.11111110
10.72.0.1---10.79.255.254

5）所有子网中最大，最小的子网的netid？
10.00000 000.0.0/13 10.0.0.0/13
10.11111 000.0.0/13 10.248.0.0/13
```
4.网络配置

4.1 网络配置命令

4.1.1 ip命令

来自于iproute包，可用于代替ifconfig

格式：
```
ip [ OPTIONS ] OBJECT { COMMAND | help }
OBJECT := { link | addr | route }
ip link - network device configuration
set dev IFACE，可设置属性：up and down：激活或禁用指定接口，相当于 ifup/ifdown
show [dev IFACE] [up]：：指定接口 ，up 仅显示处于激活状态的接口
```
ip 地址管理
```
ip addr { add | del } IFADDR dev STRING [label LABEL] [scope {global|link|host}]
[broadcast ADDRESS]

[label LABEL]：添加地址时指明网卡别名
[scope {global|link|host}]：指明作用域,global: 全局可用.link: 仅链接可用,host: 本机可
用
[broadcast ADDRESS]：指明广播地址

ip address show
ip addr flush 
```
范例：
```
#禁用网卡
ip link set eth1 down

#网卡改名
ip link set eth1 name wangnet  

#启用网卡
ip link set wangnet up

#网卡别名
ip addr add 172.16.100.100/16 dev eth0 label eth0:0
ip addr del 172.16.100.100/16 dev eth0 label eth0:0

#清除网络地址
ip addr flush dev eth0 
```
4.1.2 ss 命令

来自于iproute包，代替netstat，netstat 通过遍历 /proc来获取 socket信息，ss 使用 netlink与内核 tcp_diag 模块通信获取 socket 信息

格式：
```
ss [OPTION]... [FILTER]
```
选项：
- -t: tcp协议相关
- -u: udp协议相关
- -w: 裸套接字相关
- -x：unix sock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
- -e: 扩展的信息
- -m：内存用量
- -o：计时器信息
范例：
```
#显示本地打开的所有端口
ss -l

#显示每个进程具体打开的socket
ss -pl

#显示所有tcp socket
ss -t -a

#显示所有的UDP Socekt
ss -u -a

#显示所有已建立的ssh连接
ss -o state established '( dport = :ssh or sport = :ssh )'

#显示所有已建立的HTTP连接
ss -o state established '( dport = :http or sport = :http )'
[root@centos8 ~]#ss -no state established '( dport = :21 or sport = :21 )'
Netid               Recv-Q               Send-Q                                
  Local Address:Port                                   Peer Address:Port      
         
tcp                 0                     0                                    
[::ffff:10.0.0.8]:21                                 [::ffff:10.0.0.7]:46638    
            timer:(keepalive,119min,0)

#列出当前socket详细信息
ss -s
```
4.2 网络配置文件

4.2.1 网络基本配置文件

IP、MASK、GW、DNS相关的配置文件：
```
/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-IFACE
/usr/share/doc/initcripts-*/sysconfig.txt
```
4.2.2 配置当前主机的主机名
```
#centos6 之前版本
/etc/sysconfig/network
HOSTNAME=

#centos7 以后版
/etc/hostname
HOSTNAME
```
4.2.3 路由相关的配置文件
```
/etc/sysconfig/network-scripts/route-IFACE
两种风格：
(1) TARGET via GW
如：10.0.0.0/8 via 172.16.0.1

(2) 每三行定义一条路由
ADDRESS#=TARGET
NETMASK#=mask
GATEWAY#=GW
```
4.3 多网卡 bonding

将多块网卡绑定同一IP地址对外提供服务，可以实现高可用或者负载均衡。直接给两块网卡设置同一IP 地址是不可以的。通过 bonding，虚拟一块网卡对外提供连接，物理网卡的被修改为相同的MAC地址

4.3.1 nmcli实现bonding
```
#创建名位bond0的绑定
[root@centos8 ~]# nmcli con add type bond con-name bond0 ifname bond0 mode active-backup
Connection 'mybond0' (9301ff97-abbc-4432-aad1-246d7faea7fb) successfully added.

#添加从属接口
[root@centos8 ~]#nmcli con add type bond-slave ifname ens160 master bond0
[root@centos8 ~]#nmcli con add type bond-slave ifname ens192 master bond0

#先启动从属接口
[root@centos8 ~]# nmcli con up bond-slave-ens160
[root@centos8 ~]# nmcli con up bond-slave-ens192

#启动绑定网卡
[root@centos8 ~]# nmcli con up bond0

#生成的相关配置文件
[root@centos8 ~]# ls /etc/sysconfig/network-scripts/
ifcfg-bond0-1  ifcfg-bond-slave-ens160  ifcfg-bond-slave-ens192

#注意：本次是在Vmware虚拟机中进行，还需将ifcfg-bond0-1配置文件中fail_over_mac设定为1，若使用默认选项0，由于mac地址相同，会出现断开一个网卡无法，另一个网卡不能发挥作用情况
[root@centos8 ~]# cat !*ifcfg-bond0-1
cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0-1
BONDING_OPTS="mode=active-backup fail_over_mac=1"
...
```
5 Ubuntu网络配置

ubuntu在线帮助文档（部分版本支持中文）http://manpages.ubuntu.com/manpages/

ubuntu：focal版本中文帮助文档http://manpages.ubuntu.com/manpages/focal/zh_CN/

5.1主机名

hostnamectl
```
hostnamectl [OPTIONS...] {COMMAND}
```
设置主机名
```
root@ubuntu:~# cat /etc/hostname 
ubuntu
root@ubuntu:~# hostnamectl set-hostname ubuntu20
root@ubuntu:~# exit
logout
user1@ubuntu:~$ su - root
Password: 
root@ubuntu20:~# 
```
5.2 网卡名称

默认ubuntu的网卡名称和 CentOS 7 类似

设备节点的名字，可以通过"/etc/udev/rules.d/"里的 udev 文件来配置，规则设置可以参考/usr/share/doc/udev/writing_udev_rules/index.html

更多详细信息可以查看https://www.debian.org/doc/manuals/debian-reference/index.zh-cn.html中文在线文档
```
#修改配置文件为下面形式
root@ubuntu1804:~#vi /etc/default/grub
GRUB_CMDLINE_LINUX="net.ifnames=0"
#或者sed修改
root@ubuntu1804:~# sed -i.bak '/^GRUB_CMDLINE_LINUX=/s#"$#net.ifnames=0"#'
/etc/default/grub
#生效新的grub.cfg文件
root@ubuntu1804:~# grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
#或者
root@ubuntu1804:~# update-grub
root@ubuntu1804:~# grep net.ifnames /boot/grub/grub.cfg
       linux /vmlinuz-4.15.0-96-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a-8c14-
fe1a48ba153c ro net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-96-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-96-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro recovery nomodeset net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-76-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-76-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro recovery nomodeset net.ifnames=0

#重启生效
root@ubuntu1804:~# reboot 
```
5.3 Ubuntu网卡配置

https://ubuntu.com/server/docs/network-configuration

5.3.1 配置自动获取IP
```
root@ubuntu20:~# man 5 netplan
root@ubuntu20:~# cat /etc/netplan/00-installer-config.yaml 
# This is the network config written by 'subiquity'
network:
  ethernets:
    ens33:
      dhcp4: true
  version: 2
  
#使用netplan命令使配置生效
root@ubuntu20:~# netplan apply
```
5.2.2 配置静态IP
```
root@ubuntu1804:~#vim /etc/netplan/01-netcfg.yaml
network:
 version: 2
 renderer: networkd
 ethernets:
   eth0:
     addresses: [192.168.8.10/24,10.0.0.10/8]  #或者用下面两行,两种格式不能混用
  - 192.168.8.10/24
      - 10.0.0.10/8
     gateway4: 192.168.8.1
     nameservers:
   search: [google.com]
   addresses: [180.76.76.76, 8.8.8.8, 1.1.1.1]
```
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shp矢量文件批处理裁剪栅格影像_IDL/ENVI
摄影测量基本原理
原文地址：https://www.cnblogs.com/bestvae/p/14398309.html

11.网络管理和配置

1.计算机网络体系结构和参考模型

1.1 计算机网络分层结构及基本概念

1.2 OSI参考模型

1.3 TCP/IP模型

2.传输层协议

2.1 传输层介绍

2.1.1传输层功能

2.1.2 传输层的寻址与端口

2.2 TCP协议

2.2.1 TCP协议特性

2.2.2 TCP报文段首部格式

2.2.3 TCP的连接管理

2.3 UDP协议

2.3.1 UDP协议特性

3.网络层

3.5 IP地址

3.5.1 IP地址组成

3.5.2 IP地址分类

3.5.3 特殊地址

3.5.5 子网掩码

3.5.6 子网划分和超网划分

4.网络配置

4.1 网络配置命令

4.1.1 ip命令

4.1.2 ss 命令

4.2 网络配置文件

4.2.1 网络基本配置文件

4.2.2 配置当前主机的主机名

4.2.3 路由相关的配置文件

4.3 多网卡 bonding

4.3.1 nmcli实现bonding

5 Ubuntu网络配置

5.1主机名

5.2 网卡名称

5.3 Ubuntu网卡配置

5.3.1 配置自动获取IP

5.2.2 配置静态IP