网络基础

本篇定位

建立系统的网络知识框架：网络分层模型（OSI/TCP-IP）、IP 地址与子网划分、TCP/UDP、以太网与 MAC、Linux 网卡配置（nmcli/netplan）和网卡高可用。网络排障命令（ping、tcpdump、nmap、nc、traceroute、dig 等）见网络命令速查。

一、网络基础概念

1.1 什么是计算机网络

把地理位置不同、具有独立功能的多台计算机及外部设备，通过通信线路和网络设备连接起来，在网络协议管理下实现资源共享和信息传递的系统。

1.2 网络范围分类

类型	全称	范围
LAN 局域网	Local Area Network	小范围（办公室、机房、园区），通常 10km 内，一个单位
MAN 城域网	Metropolitan	覆盖一个城市，连接多个局域网
WAN 广域网	Wide Area Network	跨城市/国家，覆盖全球（Internet 即最大的广域网）

1.3 网络拓扑

拓扑指节点之间的连接方式：

拓扑	特点
总线型	所有节点共用一条线路，省成本、易布线，但单点故障影响大
星型	节点都连到中心设备（交换机），易管理扩展，中心是关键
环型	节点首尾成环，数据单向传输
网状型	节点间多条链路互联，可靠性高、冗余好（广域网/数据中心）

现代局域网主流是星型（经交换机），核心/骨干追求网状冗余。

1.4 网络组成

终端/主机：计算机、服务器、手机等；
网络设备：网卡、集线器（Hub）、交换机（Switch）、路由器（Router）；
通信线路：网线、光纤、无线；
协议与软件：TCP/IP 等通信规则、操作系统、应用。

二、网络分层模型

2.1 为什么要分层

网络通信极其复杂，分层把整体功能拆成多个层次，每层只负责一类功能、通过标准接口与相邻层协作，实现解耦、标准化、独立演进、便于排障。

2.2 OSI 七层模型（理论标准）

从下到上：

层	名称	功能	数据单元	典型协议/设备
7	应用层	面向用户的网络服务	数据 Data	HTTP、DNS、DHCP、FTP、SMTP
6	表示层	数据编码、加密、压缩	—	SSL/TLS、JPEG
5	会话层	建立/管理/断开会话	—	—
4	传输层	端到端传输、端口、可靠性	段 Segment	TCP、UDP
3	网络层	寻址与路由选择	包 Packet	IP、ICMP、ARP、路由器
2	数据链路层	同一链路内帧传输、MAC	帧 Frame	以太网、MAC、交换机
1	物理层	比特流传输	比特 Bit	网线、光纤、集线器

记忆口诀（从下到上）：物、数、网、传、会、表、应。

2.3 TCP/IP 模型（实际标准）

实际互联网使用 TCP/IP 模型，教学中常用"五层模型"对照：

OSI 七层	TCP/IP 四层	五层教学模型
应用/表示/会话	应用层	应用层
传输	传输层	传输层
网络	网际层（IP）	网络层
数据链路/物理	网络接口层	数据链路层 / 物理层

2.4 封装与解封装

发送数据时，数据从上到下逐层加首部（封装）：应用数据 → 加 TCP 头成"段" → 加 IP 头成"包" → 加帧头帧尾成"帧" → 转成比特发出。接收时从下到上逐层去掉首部（解封装）。

应用数据
[TCP头][数据]            ← 段 Segment
[IP头][TCP头][数据]       ← 包 Packet
[帧头][IP头][TCP头][数据][帧尾]  ← 帧 Frame

三、网络层：IP 协议

3.1 IPv4 地址

IPv4 是 32 位地址，用点分十进制表示为 4 段（每段 0-255），如 192.168.1.10。

3.2 地址分类（有类编址）

类	范围	默认掩码	用途
A	1.0.0.0 – 126.x	/8	大型网络
B	128.0 – 191.255	/16	中型网络
C	192.0 – 223.255	/24	小型网络
D	224.0 – 239.255	—	组播
E	240.0 – 255.255	—	保留实验

私有地址（内网使用，不能在公网路由）：

类	私有网段	范围
A	`10.0.0.0/8`	10.0.0.0 – 10.255.255.255
B	`172.16.0.0/12`	172.16.0.0 – 172.31.255.255
C	`192.168.0.0/16`	192.168.0.0 – 192.168.255.255

特殊地址：

地址	含义
127.0.0.0/8	回环地址（本机测试）
0.0.0.0	本机所有地址 / 默认路由
255.255.255.255	受限广播
169.254.0.0/16	link-local（DHCP 失败时自动配置）

3.3 子网掩码与 CIDR

IP 地址 = 网络号 + 主机号，子网掩码用来区分二者。

掩码连续的 1 对应网络位，0 对应主机位；
CIDR 用 /位数 表示网络位，如 192.168.1.10/24（前 24 位是网络号）；
/24 掩码 255.255.255.0，网络号 192.168.1.0。

3.4 子网划分

通过借主机位把一个大网络切成多个小子网：

借 n 位 → 分出 2^n 个子网；
主机位剩 h 位 → 每个子网 2^h 个地址，可用主机 2^h - 2（减去网络地址和广播地址）。

示例：把 192.168.1.0/24 切成 /26（借 2 位）：

子网	网络地址	可用主机范围	广播地址
1	192.168.1.0/26	.1 – .62	.63
2	192.168.1.64/26	.65 – .126	.127
3	192.168.1.128/26	.129 – .190	.191
4	192.168.1.192/26	.193 – .254	.255

每个 /26 有 64 个地址、62 个可用主机。

3.5 IPv6 简介

IPv4 地址已枯竭，IPv6 用 128 位，写成 8 组十六进制（冒号分隔），如 2001:0db8::1，地址空间极大、内置安全和自动配置，正在逐步普及。

3.6 ICMP 与 ARP

ICMP（网际控制报文协议）：用于网络诊断和差错报告，ping（探测主机可达）和 traceroute（追踪路径）基于 ICMP；
ARP（地址解析协议）：在局域网内根据 IP 地址解析出对应的 MAC 地址（arp -n、ip neigh）。

四、传输层：TCP 与 UDP

4.1 端口

传输层用端口号区分同一主机上的不同应用（0-65535），IP 定位主机、端口定位进程。

端口	服务
22	SSH
80 / 443	HTTP / HTTPS
53	DNS
21 / 20	FTP
25 / 110 / 143	SMTP / POP3 / IMAP
123	NTP
3306 / 6379	MySQL / Redis
67、68	DHCP

0-1023 为知名端口（需特权）；1024-49151 注册端口；以上为动态端口。

4.2 TCP：面向连接、可靠

TCP 特点： 面向连接、可靠传输（确认重传）、有序、流量控制和拥塞控制，开销较大。

三次握手（建立连接）：

客户端                          服务端
  │ ── SYN (seq=x) ───────────→ │      客户端 SYN_SENT
  │ ←── SYN+ACK (ack=x+1) ───── │      服务端 SYN_RCVD
  │ ── ACK (ack=y+1) ─────────→ │      双方 ESTABLISHED

四次挥手（断开连接）：

主动方                          被动方
  │ ── FIN ───────────────────→ │
  │ ←── ACK ─────────────────── │      被动方 CLOSE_WAIT
  │ ←── FIN ─────────────────── │
  │ ── ACK ───────────────────→ │      主动方 TIME_WAIT → CLOSED

为什么握手 3 次、挥手 4 次

握手时服务端的 SYN 和 ACK 可以合并成一条，故 3 次；
挥手时被动方收到 FIN 后先回 ACK，但可能还有数据要发，等数据发完再发 FIN，ACK 和 FIN 分开发，故 4 次；
TIME_WAIT 等待约 2MSL，确保最后的 ACK 到达、旧连接报文消散。

4.3 UDP：无连接、快

UDP 特点： 无连接、不保证可靠和顺序、无拥塞控制，首部小、延迟低、开销小，适合实时场景（DNS 查询、视频/语音、游戏）。

4.4 TCP vs UDP

对比	TCP	UDP
连接	面向连接（三次握手）	无连接
可靠性	可靠（确认重传排序）	不保证
传输方式	字节流	数据报
开销/速度	较大、较慢	小、快
头部	20 字节起	8 字节
场景	网页、文件、邮件、数据库	DNS、直播、语音、游戏

五、数据链路层与以太网

5.1 MAC 地址

MAC 地址是网卡的物理地址，48 位、十六进制，如 00:0c:29:8a:3b:1f，全球唯一，烧录在网卡上；
局域网内数据帧靠 MAC 地址投递，ARP 负责 IP→MAC 解析。

5.2 以太网

以太网是主流的局域网技术（IEEE 802.3），通过交换机按 MAC 转发帧，采用 CSMA/CD 机制（早期共享介质）。

5.3 VLAN

VLAN（虚拟局域网，IEEE 802.1Q） 在交换机上把一个物理网络逻辑上划分为多个广播域，隔离不同部门/业务的二层流量，提升安全和管理灵活性，通过在帧中打 VLAN 标签实现。

5.4 通信方式

单播（Unicast）：一对一；
广播（Broadcast）：一对所有（目标 MAC 全 F）；
组播（Multicast）：一对一组（D 类 IP）。

六、网卡与网络配置

6.1 网卡命名

旧规则：eth0、eth1；
systemd 可预测命名：eno1（板载 onboard）、ens33（插槽 slot）、enp0s3（PCI 位置）；wl 开头为无线网卡。
- en = 以太网，o = 板载，s = 热插拔槽，p = PCI 总线位置。

6.2 查看网络信息

bash

ip addr            # 或 ip a：查看网卡和 IP（替代 ifconfig）
ip route           # 查看路由表/默认网关（替代 route -n）
ss -tunlp          # 查看监听端口（替代 netstat）
ip neigh           # ARP 表

6.3 RHEL/Rocky：nmcli 配置

RHEL 系用 NetworkManager 管理网络，命令行工具 nmcli、文本界面 nmtui。

bash

nmcli connection show                  # 查看连接（con）
nmcli device status                    # 查看设备（d）

# 修改连接（静态 IP）
nmcli con mod ens33 \
  ipv4.method manual \
  ipv4.addresses 10.0.0.13/24 \
  ipv4.gateway 10.0.0.2 \
  ipv4.dns "223.5.5.5,114.114.114.114"
nmcli con up ens33                     # 激活生效

# 自动获取（DHCP）
nmcli con mod ens33 ipv4.method auto && nmcli con up ens33

新系统连接配置文件在 /etc/NetworkManager/system-connections/（keyfile 格式）；
旧版在 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33。

6.4 Ubuntu：netplan 配置

Ubuntu 18.04+ 用 netplan 管理，配置文件在 /etc/netplan/*.yaml（YAML 严格缩进）：

yaml

network:
  version: 2
  renderer: networkd
  ethernets:
    eth0:
      addresses:
        - 10.0.0.13/24
      routes:
        - to: default
          via: 10.0.0.2
      nameservers:
        addresses: [223.5.5.5, 114.114.114.114]

bash

sudo netplan generate
sudo netplan apply          # 应用生效
# 桌面版用 NetworkManager 时 renderer: NetworkManager

DHCP 写法：eth0: {dhcp4: true}。

6.5 主机名

bash

hostname                              # 查看
sudo hostnamectl set-hostname hg-blog # 永久修改（写入 /etc/hostname）

6.6 路由配置

bash

ip route                              # 查看默认路由
sudo ip route add default via 10.0.0.2            # 添加默认网关
sudo ip route add 192.168.2.0/24 via 10.0.0.254   # 添加静态路由
sudo ip route del 192.168.2.0/24                  # 删除

6.7 连通性诊断思路

排障遵循由近及远、分层排查：

看网卡/IP：ip a；
ping 本机、ping 网关（二层/本地）；
ping 外网 IP（如 ping 223.5.5.5，测路由）；
ping 域名（不通则 DNS 问题）；
看端口/服务：ss -tunlp、curl；
抓包：tcpdump。

完整命令参数见网络命令速查。

七、网卡高可用（了解）

7.1 网卡绑定 Bond

把多块物理网卡绑定成一个逻辑接口，实现冗余（高可用）和/或带宽叠加。

mode	名称	说明
0	balance-rr	轮询，负载均衡+容错（需交换机配合）
1	active-backup	主备，只有一块工作，故障切换（最常用、无需特殊交换机）
2	balance-xor	基于 MAC 哈希
3	broadcast	广播，所有网卡发相同数据
4	802.3ad	LACP 动态链路聚合（需交换机支持）
5	balance-tlb	发送负载均衡
6	balance-alb	收发负载均衡

7.2 team vs bond

bond：传统内核绑定，成熟稳定；
team：新一代链路聚合，用户态守护进程、模块化设计、支持更多负载策略和更好的性能监控；
新项目可评估 team，但 bond 资料更全、兼容性好，生产仍常用。

7.3 bridge 桥接

Linux 网桥（bridge） 工作在二层，像虚拟交换机把多个接口（含虚拟机/容器网卡）桥接在一起，虚拟化/容器场景常用（brctl、bridge link）。

面试自测

LAN、MAN、WAN 的区别？常见网络拓扑有哪些？
说一下 OSI 七层及每层的典型协议和设备。
TCP/IP 模型和 OSI 模型如何对应？
什么是数据封装和解封装？段、包、帧分别是哪一层的 PDU？
IPv4 私有地址有哪些网段？
子网掩码/CIDR 的作用？借位划分子网如何计算可用主机数？
把 /24 划成 /26 得到几个子网、每个多少可用主机？
ICMP、ARP 分别做什么？
TCP 三次握手、四次挥手的过程？为什么握手三次、挥手四次？
TIME_WAIT 状态的作用？
TCP 和 UDP 的区别和各自适用场景？
MAC 地址和 IP 地址的区别？VLAN 解决什么问题？
RHEL 的 nmcli 和 Ubuntu 的 netplan 如何配置静态 IP？
网络不通的分层排查思路？
bond mode 0、1、4 的区别？bond 和 team 有何不同？

网络基础 ​

一、网络基础概念 ​

1.1 什么是计算机网络 ​

1.2 网络范围分类 ​

1.3 网络拓扑 ​

1.4 网络组成 ​

二、网络分层模型 ​

2.1 为什么要分层 ​

2.2 OSI 七层模型（理论标准） ​

2.3 TCP/IP 模型（实际标准） ​

2.4 封装与解封装 ​

三、网络层：IP 协议 ​

3.1 IPv4 地址 ​

3.2 地址分类（有类编址） ​

3.3 子网掩码与 CIDR ​

3.4 子网划分 ​

3.5 IPv6 简介 ​

3.6 ICMP 与 ARP ​

四、传输层：TCP 与 UDP ​

4.1 端口 ​

4.2 TCP：面向连接、可靠 ​

4.3 UDP：无连接、快 ​

4.4 TCP vs UDP ​

五、数据链路层与以太网 ​

5.1 MAC 地址 ​

5.2 以太网 ​

5.3 VLAN ​

5.4 通信方式 ​

六、网卡与网络配置 ​

6.1 网卡命名 ​

6.2 查看网络信息 ​

6.3 RHEL/Rocky：nmcli 配置 ​

6.4 Ubuntu：netplan 配置 ​

6.5 主机名 ​

6.6 路由配置 ​

6.7 连通性诊断思路 ​

七、网卡高可用（了解） ​

7.1 网卡绑定 Bond ​

7.2 team vs bond ​

7.3 bridge 桥接 ​

面试自测 ​

相关速查 ​

网络基础

一、网络基础概念

1.1 什么是计算机网络

1.2 网络范围分类

1.3 网络拓扑

1.4 网络组成

二、网络分层模型

2.1 为什么要分层

2.2 OSI 七层模型（理论标准）

2.3 TCP/IP 模型（实际标准）

2.4 封装与解封装

三、网络层：IP 协议

3.1 IPv4 地址

3.2 地址分类（有类编址）

3.3 子网掩码与 CIDR

3.4 子网划分

3.5 IPv6 简介

3.6 ICMP 与 ARP

四、传输层：TCP 与 UDP

4.1 端口

4.2 TCP：面向连接、可靠

4.3 UDP：无连接、快

4.4 TCP vs UDP

五、数据链路层与以太网

5.1 MAC 地址

5.2 以太网

5.3 VLAN

5.4 通信方式

六、网卡与网络配置

6.1 网卡命名

6.2 查看网络信息

6.3 RHEL/Rocky：nmcli 配置

6.4 Ubuntu：netplan 配置

6.5 主机名

6.6 路由配置

6.7 连通性诊断思路

七、网卡高可用（了解）

7.1 网卡绑定 Bond

7.2 team vs bond

7.3 bridge 桥接

面试自测

相关速查