Linux网络相关知识（七）

1、简述osi七层模型和TCP/IP五层模型

OSI七层模型

1. OSI七层模型的划分
   应用层（Application)、表示层（presentation)、会话层（session)、传输层（Transport)、网络层（Network)、数据链路层（Data Link)、物理层（Physical)。
   每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻接口通信，OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。
   

2. 各层的定义

   • 应用层
     OSI 参考模型中最靠近用户的一层，是为计算用户提供应用接口，也为用户直接提供网络服务。常见的应用层网络服务协议有：HTTP,HTTPS,FTP,POP3,SMTP等
   • 表示层
     表示提供各种用于应用层数据编码和转换功能，确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。如果必要该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据格式转换成通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。
   • 会话层
     会话层负载建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
   • 传输层
     传输层建立了主机端到端的链接，传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是高层用户看到的只是在两个传输实体建的一个主机到主机的、可由用户控制和设定、可靠的数据通路。通常说的TCP UDP就是在这层。端口号即是这里的“端”。
   • 网络层
     本层通过IP寻址来建立两点之间的连接，为源端的运输层来的分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。就是通常说的ip层。这一层就是我们经常说的IP协议层。IP协议是Internet的基础。
   • 数据链路层
     将比特组合成字节，再将字节组成帧，使用链路层地址（以太网mac地址）来访问介质，并进行差错检测。
     数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层（MAC）。
   • 物理层
     实际最终信号传输是通过物理层实现的。通过物理介质传输比特流。规定电平、速度和电缆针脚。常用设备有（各种物理设备）集线器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴电缆。这些都是物理层的传输介质。

TCP/IP五层模型

1. TCP/IP五层协议和OSI的七层协议对应关系：
   
2. 每一层都工作者不同的设备，比如常用交换机就工作在数据链路层的，路由器工作在网络层。
   

2、总结描述TCP三次握手四次挥手

TCP 报文格式简介

其中比较重要的字段有：

• 序号（sequence number）: Seq 序号，占 32 位，用来标识从 TCP 源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
• 确认号（acknowledgement number）： Ack 序号，占 32 位，只有 ACK 标志位为 1 时，确认序号字段才有效，Ack=Seq+1。
• 标志位（Flags）： 共 6 个，即 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 等。

六个标志位具体含义如下：

• URG： 紧急指针（urgent pointer）有效。
• ACK： 确认序号有效。
• PSH： 接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
• RST： 重置连接。
• SYN： 发起一个新连接。
• FIN： 释放一个连接。

需要注意的是：

• 不要将确认序号 Ack 与标志位中的 ACK 搞混了。
• 确认方 Ack=发起方 Seq+1，两端配对。

“三次握手”的详解

所谓的三次握手即 TCP 连接的建立。这个连接必须是一方主动打开，另一方被动打开的。

以下为客户端主动发起连接的图解：

握手之前主动打开连接的客户端结束 CLOSED 阶段，被动打开的服务器端也结束 CLOSED 阶段，并进入 LISTEN 阶段，随后开始“三次握手”。

①首先客户端向服务器端发送一段 TCP 报文。

其中： 标记位为 SYN，表示“请求建立新连接”；序号为 Seq=x（x 一般为 1）；随后客户端进入 SYN-SENT 阶段。

②服务器端接收到来自客户端的 TCP 报文之后，结束 LISTEN 阶段。并返回一段 TCP 报文。

其中： 标志位为 SYN 和 ACK，表示“确认客户端的报文 Seq 序号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接”（即告诉客户端，服务器收到了你的数据）。

序号为 Seq=y；确认号为 Ack=x+1，表示收到客户端的序号 Seq 并将其值加 1 作为自己确认号 Ack 的值；随后服务器端进入 SYN-RCVD 阶段。

③客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的 TCP 报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束 SYN-SENT 阶段。并返回最后一段 TCP 报文。

其中： 标志位为 ACK，表示“确认收到服务器端同意连接的信号”（即告诉服务器，我知道你收到我发的数据了）。

序号为 Seq=x+1，表示收到服务器端的确认号 Ack，并将其值作为自己的序号值。

确认号为 Ack=y+1，表示收到服务器端序号 Seq，并将其值加 1 作为自己的确认号 Ack 的值；随后客户端进入 ESTABLISHED 阶段。

服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的 TCP 报文之后，明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束 SYN-SENT 阶段，进入 ESTABLISHED 阶段。

在客户端与服务器端传输的 TCP 报文中，双方的确认号 Ack 和序号 Seq 的值，都是在彼此 Ack 和 Seq 值的基础上进行计算的，这样做保证了 TCP 报文传输的连贯性。

一旦出现某一方发出的 TCP 报文丢失，便无法继续"握手"，以此确保了"三次握手"的顺利完成。

此后客户端和服务器端进行正常的数据传输。这就是“三次握手”的过程。

“三次握手”的动态过程

“三次握手”的通俗理解

举个栗子： 把客户端比作男孩，服务器比作女孩。

用他们的交往来说明“三次握手”过程：

• 男孩喜欢女孩，于是写了一封信告诉女孩：我爱你，请和我交往吧！写完信之后，男孩焦急地等待，因为不知道信能否顺利传达给女孩。

• 女孩收到男孩的情书后，心花怒放，原来我们是两情相悦呀！于是给男孩写了一封回信：我收到你的情书了，也明白了你的心意，其实，我也喜欢你！我愿意和你交往！

  写完信之后，女孩也焦急地等待，因为不知道回信能否能顺利传达给男孩。

• 男孩收到回信之后很开心，因为发出的情书女孩收到了，并且从回信中知道了女孩喜欢自己，并且愿意和自己交往。

  然后男孩又写了一封信告诉女孩：你的心意和信我都收到了，谢谢你，还有我爱你！

女孩收到男孩的回信之后，也很开心，因为发出的情书男孩收到了。由此男孩女孩双方都知道了彼此的心意，之后就快乐地交流起来了~~

这就是通俗版的“三次握手”，期间一共往来了三封信也就是“三次握手”，以此确认两个方向上的数据传输通道是否正常。

“四次挥手”的详解

所谓的四次挥手即 TCP 连接的释放(解除)。连接的释放必须是一方主动释放，另一方被动释放。

以下为客户端主动发起释放连接的图解：

挥手之前主动释放连接的客户端结束 ESTABLISHED 阶段。随后开始“四次挥手”。

①首先客户端想要释放连接，向服务器端发送一段 TCP 报文。

其中： 标记位为 FIN，表示“请求释放连接“；序号为 Seq=U。

随后客户端进入 FIN-WAIT-1 阶段，即半关闭阶段。并且停止在客户端到服务器端方向上发送数据，但是客户端仍然能接收从服务器端传输过来的数据。

注意：这里不发送的是正常连接时传输的数据(非确认报文)，而不是一切数据，所以客户端仍然能发送 ACK 确认报文。

②服务器端接收到从客户端发出的 TCP 报文之后，确认了客户端想要释放连接，随后服务器端结束 ESTABLISHED 阶段，进入 CLOSE-WAIT 阶段（半关闭状态）并返回一段 TCP 报文。

其中： 标记位为 ACK，表示“接收到客户端发送的释放连接的请求”。

序号为 Seq=V，确认号为 Ack=U+1，表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号 Seq 值加 1 作为本段报文确认号 Ack 的值；随后服务器端开始准备释放服务器端到客户端方向上的连接。

客户端收到从服务器端发出的 TCP 报文之后，确认了服务器收到了客户端发出的释放连接请求，随后客户端结束 FIN-WAIT-1 阶段，进入 FIN-WAIT-2 阶段。

前"两次挥手"既让服务器端知道了客户端想要释放连接，也让客户端知道了服务器端了解了自己想要释放连接的请求。于是，可以确认关闭客户端到服务器端方向上的连接了。

③服务器端自从发出 ACK 确认报文之后，经过 CLOSED-WAIT 阶段，做好了释放服务器端到客户端方向上的连接准备，再次向客户端发出一段 TCP 报文。

其中： 标记位为 FIN，ACK，表示“已经准备好释放连接了”。注意：这里的 ACK 并不是确认收到服务器端报文的确认报文。

序号为 Seq=W，确认号为 Ack=U+1，表示是在收到客户端报文的基础上，将其序号 Seq 值加 1 作为本段报文确认号 Ack 的值。

随后服务器端结束 CLOSE-WAIT 阶段，进入 LAST-ACK 阶段。并且停止在服务器端到客户端的方向上发送数据，但是服务器端仍然能够接收从客户端传输过来的数据。

④客户端收到从服务器端发出的 TCP 报文，确认了服务器端已做好释放连接的准备，结束 FIN-WAIT-2 阶段，进入 TIME-WAIT 阶段，并向服务器端发送一段报文。

其中： 标记位为 ACK，表示“接收到服务器准备好释放连接的信号”。

序号为 Seq=u+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其确认号 Ack 值作为本段报文序号的值。

确认号为 Ack=w+1；表示是在收到了服务器端报文的基础上，将其序号 Seq 值作为本段报文确认号的值。随后客户端开始在 TIME-WAIT 阶段等待 2MSL。

服务器端收到从客户端发出的 TCP 报文之后结束 LAST-ACK 阶段，进入 CLOSED 阶段。由此正式确认关闭服务器端到客户端方向上的连接。

客户端等待完 2MSL 之后，结束 TIME-WAIT 阶段，进入 CLOSED 阶段，由此完成“四次挥手”。

后“两次挥手”既让客户端知道了服务器端准备好释放连接了，也让服务器端知道了客户端了解了自己准备好释放连接了。

于是，可以确认关闭服务器端到客户端方向上的连接了，由此完成“四次挥手”。

与“三次挥手”一样，在客户端与服务器端传输的 TCP 报文中，双方的确认号 Ack 和序号 Seq 的值，都是在彼此 Ack 和 Seq 值的基础上进行计算的。

这样保证了 TCP 报文传输的连贯性，一旦出现某一方发出的 TCP 报文丢失，便无法继续"挥手"，以此确保了"四次挥手"的顺利完成。

“四次挥手”的动态过程

“四次挥手”的通俗理解

举个栗子：把客户端比作男孩，服务器比作女孩。

通过他们的分手来说明“四次挥手”过程：

• "第一次挥手"： 日久见人心，男孩发现女孩变成了自己讨厌的样子，忍无可忍，于是决定分手，随即写了一封信告诉女孩。

• “第二次挥手”： 女孩收到信之后，知道了男孩要和自己分手，怒火中烧，心中暗骂：你算什么东西，当初你可不是这个样子的！于是立马给男孩写了一封回信：分手就分手，给我点时间，我要把你的东西整理好，全部还给你！

  男孩收到女孩的第一封信之后，明白了女孩知道自己要和她分手。随后等待女孩把自己的东西收拾好。

• “第三次挥手”： 过了几天，女孩把男孩送的东西都整理好了，于是再次写信给男孩：你的东西我整理好了，快把它们拿走，从此你我恩断义绝！

• “第四次挥手”： 男孩收到女孩第二封信之后，知道了女孩收拾好东西了，可以正式分手了，于是再次写信告诉女孩：我知道了，这就去拿回来！

这里双方都有各自的坚持：

• 女孩自发出第二封信开始，限定一天内收不到男孩回信，就会再发一封信催促男孩来取东西！
• 男孩自发出第二封信开始，限定两天内没有再次收到女孩的信就认为，女孩收到了自己的第二封信；若两天内再次收到女孩的来信，就认为自己的第二封信女孩没收到，需要再写一封信，再等两天……

倘若双方信都能正常收到，最少只用四封信就能彻底分手！这就是“四次挥手”。

3、描述TCP和UDP区别

TCP：传输控制协议
这是一个面向连接的传输协议，在发送数据之前，要和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须经过三次握手才能建立，经过四次挥手才能断开。

UDP：用户数据报协议
这是一个无连接的简单的面向数据报的传输层协议，UDP不提供可靠性，只是把应用程序传给ip层的数据包发送出来，但是不能保证他们到达目的地；由于UDP在传输数据包前不用在客户和服务器之间建立连接，并且没有超时重发机制，所以速度很快。

区别：
1.基于连接与无连接；
2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP较少）；
3.UDP程序结构较为简单；
4.TCP是流模式（SOCK_STREAM） UDP是数据报模式（SOCK_DGRAM）；
5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证；

	TCP	UDP
是否连接	面向连接	面向非连接
传输可靠性	可靠	不可靠
应用场合	少量数据	传输大量数据
速度	慢	快

基于TCP的网络协议：
Tlenet：远程登录协议
FTP：文件传输协议
SMTP：简单邮件传输协议
SNMP：简单网络管理协议
HTTP：超文本传输协议

基于UDP的网络协议：
NTP：网络时间协议
TFTP：简单文件传输协议

4、总结ip分类以及每个分类可以分配的IP数量

网络中的每一个主机或路由器至少有一个ip地址；
在Internet中不允许有两个设备具有同样的IP地址；
IP地址采用分层结构；

IP地址是由网络号（net ID）与主机号（host ID）两部分组成的。
IP地址长度为32位，点分十进制（dotted decimal）地址；
采用x.x.x.x的格式来表示，每个x为8位，每个x的值为0～255（例如 202.113.29.119）；
根据不同的取值范围，IP地址可以分为五类；

IP地址中的前5位用于标识IP地址的类别：
A类地址的第一位为0；
B类地址的前两位为10；
C类地址的前三位为110；
D类地址的前四位为1110；
E类地址的前五位为11110。
IP地址根据网络号和主机号来分，分为A、B、C三类及特殊地址D、E。全0和全1的都保留不用。

A类：
(1.0.0.0-126.0.0.0)
第一个字节为网络号，后三个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“0”，所以地址的网络号取值于1~126之间。一般用于大型网络。
定义：第1字节为网络地址，其它3个字节为主机地址
范围：1.0.0.1-126.255.255.254
数量：允许有126个网段，每个网段允许有16777214台主机
子网掩码：255.0.0.0
私有地址：10.X.X.X是私有地址（所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址），范围10.0.0.1-10.255.255.254
保留地址：127.X.X.X是保留地址，也是本机地址，等效于localhost或本机IP。一般用于测试使用。例如：ping 127.0.0.1来测试本机TCP/IP是否正常。

B类(128.0.0.0-191.255.0.0)
前两个字节为网络号，后两个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“10”，所以地址的网络号取值于128~191之间。一般用于中等规模网络。
定义：第1字节和第2字节为网络地址，其它2个字节为主机地址
范围：128.0.0.1-191.255.255.254
数量：允许有16384个网段，每个网段允许有65534台主机
子网掩码：255.255.0.0
私有地址：172.16.0.0 - 172.31.255.255是私有地址
保留地址：169.254.X.X是保留地址。如果IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器。就会得到其中一个IP

C类
(192.0.0.0-223.255.255.0)
前三个字节为网络号，最后一个字节为主机号。该类IP地址的最前面为“110”，所以地址的网络号取值于192~223之间。一般用于小型网络。
定义：第1字节、第2字节和第3个字节为网络地址，第4个个字节为主机地址。另外第1个字节的前三位固定为110
范围：192.0.0.1 - 223.255.255.254
数量：允许有2097152个网段，每个网段允许有254台主机
子网掩码：255.255.255.0
私有地址：192.168.X.X是私有地址。(192.168.0.0 - 192.168.255.255)

D类：
是多播地址。该类IP地址的最前面为“1110”，所以地址的网络号取值于224~239之间。一般用于多路广播用户。
定义：不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前四位固定为1110
范围：224.0.0.1 - 239.255.255.254

E类：
是保留地址。该类IP地址的最前面为“1111”，所以地址的网络号取值于240~255之间。
定义：不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前五位固定为11110
范围：240.0.0.1 - 255.255.255.254

5、总结IP配置方法

配置ip地址前首先ifconfig/ip addr查看网卡信息，获取到网卡的名称

cd /etc/sysconfig/network-scripts/，找到配置文件为ifcfg-ens33，然后配置

[[e-mail] network-scripts]#vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE="Ethernet" # 网络类型，不用改的，默认就是Ethernet，以太网的意思
PROXY_METHOD="none" # 代理方式:关闭状态
BROWSER_ONLY="no" # 只是浏览器:否
BOOTPROTO="none" # 网卡的引导协议:DHCP[中文名称: 动态主机配置协议]
DEFROUTE="yes" # 默认路由:是
IPV4_FAILURE_FATAL="yes" # 是不开启IPV4致命错误检测:否
IPV6INIT="yes" # IPV6是否自动初始化: 是
IPV6_AUTOCONF="yes" # IPV6是否自动配置:是
IPV6_DEFROUTE="yes" # IPV6是否可以为默认路由:是
IPV6_FAILURE_FATAL="no" # 是不开启IPV6致命错误检测:否
IPV6_ADDR_GEN_MODE="stable-privacy" # IPV6地址生成模型:stable-privacy
NAME="ens33" # 网卡物理设备名称
UUID="92d399e9-4af9-4033-a862-9ec79731c62e" # 通用唯一识别码, 每一个网卡都会有, 不能重复, 否两台linux只有一台网卡可用
DEVICE="ens33" # 网卡设备名称, 必须和 NAME 值一样
ONBOOT="yes" # 是否开机启动, 要想网卡开机就启动或通过 systemctl restart network控制网卡
IPADDR="192.168.233.130" # IP地址
PREFIX="24" #配置子网掩码
GATEWAY="192.168.233.2" #网关
DNS1="8.8.8.8" #DNS
IPV6_PRIVACY="no"