Linux 网络配置与 TCP/IP 协议

本章系统讲解了Linux网络基础，涵盖IP地址分类（A/B/C/D/E）、私有地址范围、子网掩码与CIDR表示法。详细介绍了路由与网关概念，以及DNS服务器工作原理。通过生活化比喻（如IP地址类比门牌号、DNS像电话簿）帮助理解网络配置核心要素。同时对比了传统ifconfig命令与现代iproute2工具，并深入解析TCP/IP协议栈，包括三次握手、四次挥手等关键机制。附有Mermaid图、对比表

坡东

919人浏览 · 2026-02-13 11:48:14

坡东 · 2026-02-13 11:48:14 发布

本章从系统讲解 Linux 网络——IP 地址基础、网络配置命令（ifconfig / ip / route / ss / nmcli）、配置文件、TCP/IP 协议原理（三次握手、四次挥手、报文结构、状态转移）等。原文所有内容完整保留，同时补充了 Mermaid 图、对比表、生活例子和概念解释。

📌 本章核心概念一览

概念	一句话理解
IP 地址	网络上主机的唯一标识，由网络位+主机位组成，配合掩码确定"同网段"。
子网掩码	用二进制 1 标出"网络位"，与 IP 做 AND 运算得到网络地址。
网关	本网段出口设备，跨网段通信时数据包先发到网关，由它转发。
路由	路由表记录"目标网段 → 下一跳/出口"，选路就是查表决定往哪发。
DNS	把域名解析成 IP，Linux 最多 3 个 DNS，只有主 DNS 不可达才用备用。
TCP	面向连接、可靠、字节流；先握手建连，传完再挥手断开。
UDP	无连接、不保证可靠、按数据报收发；简单快速，适合实时或查询。
三次握手	双方互换 SYN/ACK，确认"都能发、都能收"，才进入数据传输。
四次挥手	一方说 FIN，对方先 ACK 再发自己的 FIN，最后再 ACK，保证双向都关干净。

📑 目录

一、网络基础：IP 地址、子网掩码与路由
二、Linux 主机接入网络的要素
三、网络配置方式总览
四、网络接口命名
五、ifcfg 系列命令：ifconfig / route / netstat
六、iproute2 系列命令：ip / ss
七、nmcli 命令（CentOS 7）
八、配置文件详解
九、TCP/IP 协议基础
十、TCP 报文头部结构详解
十一、TCP 连接：三次握手与四次挥手
十二、TCP 状态转移全过程
十三、TCP 可靠传输机制
十四、命令对比速查
十五、Shell 脚本与练习题
附录

一、网络基础：IP 地址、子网掩码与路由 🏠

1.1 什么是 IP 地址？

概念定义：IP 地址（Internet Protocol Address）是分配给网络中每台主机（或网卡）的逻辑地址，用来在网络上唯一标识该主机，使数据包能够被正确投递。IPv4 地址长度为 32 位二进制，通常写成 4 段十进制（点分十进制），每段 0–255。

生活例子：IP 地址就像你家的门牌号。快递员（数据包）根据门牌号才能找到你家（目标主机）。

结构要点：

二进制形式：32 位，例如 11011101.00100010.00010111.00001100。
点分十进制：每 8 位一段，写成 221.34.23.12。
网络位 + 主机位：前若干位表示"哪条街"（网络），后若干位表示"哪一户"（主机）；具体划分由子网掩码决定。

示例：221.34.23.12
11011101 . 00100010 . 00010111 . 00001100
   221   .    34    .    23    .    12

1.2 IP 地址分类（A/B/C/D/E）

概念定义：早期 IPv4 按第一字节的高位把地址划成 A、B、C、D、E 五类，用于区分"网络位占多少、主机位占多少"，从而确定默认掩码和每网段可容纳主机数。现在实际组网多用 CIDR（无类编址），不再严格按类，但理解分类有助于看默认掩码和网段范围。

类别	首位模式	第一字节范围	默认掩码	网络数	每网络主机数	用途
A 类	`0xxxxxxx`	1–126	255.0.0.0（/8）	126（127 回环）	2^24 - 2 = 16,777,214	ISP、大型企业
B 类	`10xxxxxx`	128–191	255.255.0.0（/16）	2^14 = 16,384	2^16 - 2 = 65,534	中型企业、学校
C 类	`110xxxxx`	192–223	255.255.255.0（/24）	2^21 = 2,097,152	2^8 - 2 = 254	小公司、家庭
D 类	`1110xxxx`	224–239	—	—	—	组播（多播）
E 类	`1111xxxx`	240–255	—	—	—	实验 / 保留

⚠️ 为什么减 2：主机位全 0 = 网络地址（这条街本身），主机位全 1 = 广播地址（给这条街所有人喊话）。

⚠️ 127.0.0.1 是本机回环测试地址（localhost），不属于任何类。

1.3 私有地址（内网地址）

生活例子：私有地址像小区内部门牌——小区内互相认识，但快递到了小区门口要通过保安亭（NAT 网关）转成公网地址才能寄出去。

类别	私有地址范围	CIDR 表示	常见场景
A 类	10.0.0.0 – 10.255.255.255	10.0.0.0/8	大公司内网、云 VPC
B 类	172.16.0.0 – 172.31.255.255	172.16.0.0/12	Docker 默认网络
C 类	192.168.0.0 – 192.168.255.255	192.168.0.0/16	家庭路由器、办公室

其他特殊地址：

169.254.0.0/16：保留地址（DHCP 获取失败时自动分配）
127.0.0.0/8：回环地址

1.4 子网掩码与 CIDR

概念定义：子网掩码（Netmask）是一串与 IP 等长的二进制数，其中为 1 的位对应 IP 的网络位，为 0 的位对应主机位。将 IP 与掩码按位做 AND 运算，得到的就是网络地址（网段本身）；主机位全 0 表示网络地址，主机位全 1 表示广播地址，因此同一网段内可用主机数要减 2。

生活例子：子网掩码就像一把"尺子"，标出 IP 中哪一段是街道号、哪一段是门牌号。

计算示例：

IP:      192.168.1.100   = 11000000.10101000.00000001.01100100
MASK:    255.255.255.0   = 11111111.11111111.11111111.00000000
                            ←— 网络位（24 位）—→ ←— 主机位（8 位）—→

IP AND MASK = 网络地址    = 192.168.1.0

CIDR 表示法：用"斜杠 + 网络位个数"简写掩码，如 192.168.1.100/24 表示前 24 位为网络位，等价于掩码 255.255.255.0。

1.5 路由与网关

概念定义：

网关（Gateway）：本网段的"出口"设备（通常是路由器接口）。当目标 IP 与自己在不同网段时，主机不会直接发往目标，而是把数据包发给网关，由网关再查表转发（即"下一跳"）。
路由（Routing）：根据路由表决定"发往某目标的数据包应从哪个接口、经哪个下一跳发出"的过程。路由表里每条记录包含：目标网段、掩码、下一跳（网关）、出口网卡等。

生活例子：网关像小区大门——出小区的包裹都先到大门。路由像快递分拣表——查表决定"这个地址的包裹该走哪个大门、下一站送哪"。

路由条目的三种类型：

类型	目标	含义	生活例子
主机路由	单个 IP	只针对某一台主机	指定给某个人的快递路线
网络路由	一个网段（如 10.0.0.0/8）	发往该网段的包都走这条	某条街的包裹统一路线
默认路由	0.0.0.0/0	所有"未命中其他条目"的包都走这条	“其他一律走大门”

1.6 DNS 服务器

概念定义：DNS（Domain Name System，域名系统）把域名（如 www.baidu.com）解析成 IP 地址（如 220.181.38.148），这样用户只需记住名字，由系统自动查表得到地址再发起连接。

生活例子：DNS 像电话簿——你报名字，它给你号码。

Linux 行为要点：可配置最多 3 个 DNS 服务器。只有当前正在用的那个 DNS 不可达时才会尝试下一个；若某次解析请求失败（例如域名不存在），不会自动换第二个 DNS 重试，而是直接返回失败。

1.7 ICANN 与 IANA

ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）：互联网名称与数字地址分配机构，负责域名和 IP 等资源的政策与协调。
IANA（Internet Assigned Numbers Authority）：互联网号码分配局，负责全球 IP 地址块、协议号等具体分配。

本节概念小结：IP 是主机的逻辑地址，掩码用来从 IP 中析出网络地址和主机范围；网关是本网段出口，路由决定"发往某目标该走哪条路"；DNS 把域名解析成 IP。同网段通信只需 IP+掩码；跨网段必须经网关并依赖路由表；用域名访问则还需 DNS。

二、Linux 主机接入网络的要素 🔗

要素	作用	生活例子
IP 地址	本机在网络中的身份	你家门牌号
子网掩码	确定网络范围	你在哪条街
网关	跨网段通信的出口	小区大门
DNS	域名 → IP 解析	电话簿
主机名	本机名称标识	你家名字

三、网络配置方式总览 📋

概念要点：Linux 下网络属性（IP、掩码、网关、DNS 等）的配置有两种层次——从哪里读（配置文件 vs 当前内核状态）和谁在分配（手动静态 vs DHCP 动态）。命令改的是当前内核状态，重启或重启网络服务后会按配置文件重新加载，所以命令配置默认是临时的；要永久生效，必须改配置文件并重启网络服务。

方式	生效时间	持久性	适用
命令配置	立即生效	重启网络服务或主机后失效	临时测试、排障
配置文件	需重启服务后才生效	永久有效（重启机器仍保留）	生产环境
DHCP	由 DHCP 服务器分配，续约时可能变	依赖租约，不能固定 IP	办公电脑、笔记本

⚠️ DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：由局域网内的 DHCP 服务器自动分配 IP、掩码、网关、DNS 等；主机无法在 DHCP 模式下"写死"固定 IP。若获取失败，系统可能使用 169.254.x.x 的链路本地地址。

四、网络接口命名 🏷️

4.1 传统命名

类型	命名	示例
以太网	eth#	eth0, eth1, eth2
PPP 网络	ppp#	ppp0, ppp1

4.2 CentOS 7 可预测命名方案

CentOS 7 支持多种命名机制，按优先级依次尝试：

优先级	来源	命名格式	示例
1	Firmware/BIOS 板载索引	eno#	eno1, eno2
2	PCI-E 扩展槽索引	ens#	ens1, ens33
3	硬件物理位置	enp#s#	enp2s0
4	MAC 地址	enx#	eno16777736
5	以上不可用	传统 eth#	eth0

4.3 命名格式组成

前缀	含义
en	Ethernet，以太网
wl	WLAN，无线局域网
ww	WWAN，无线广域网

后缀	含义
o<index>	集成设备的索引号
s<slot>	扩展槽索引号
x<MAC>	基于 MAC 地址
p<bus>s<slot>	基于总线和槽的拓扑

五、ifcfg 系列命令：ifconfig / route / netstat 🔧

5.1 ifconfig 命令

生活例子：ifconfig 就像去邮局查看/修改你家门牌号——能看到当前地址，也能临时换一个。

查看网卡信息

ifconfig            # 显示所有激活的网卡
ifconfig -a         # 显示所有网卡，包括未激活的
ifconfig eth0       # 只看 eth0

CentOS 7 显示含义：

字段	含义
`eno16777736`	网卡接口名称
`flags: UP`	网卡启用激活状态
`mtu 1500`	最大传输单元（Maximum Transmission Unit）1500 字节
`inet`	IPv4 地址
`netmask`	子网掩码
`broadcast`	广播地址
`inet6`	IPv6 地址
`ether`/`HWaddr`	MAC 硬件地址
`txqueuelen 1000`	以太网传输队列长度
`RX packets/bytes`	接收的报文数量和总大小
`TX packets/bytes`	发送的报文数量和总大小
`RX/TX errors`	接收/发送错误数
`dropped`	丢包数
`overruns`	溢出数

配置 IP 地址

# 两种写法
ifconfig eth0 172.16.251.48 netmask 255.255.0.0
ifconfig eth0 172.16.251.48/16

# 配置后立即生效，但重启网络服务或主机后失效
# 远程连接修改 IP 会导致原地址消失→掉线！

添加多个地址（别名接口）

ifconfig eth0:0 192.168.2.24/24    # 给 eth0 添加别名 eth0:0
ifconfig eth0:1 10.0.0.1/8         # 再加一个 eth0:1

# 别名接口不支持 DHCP 动态获取

启用 / 关闭 / 删除

ifconfig eth0 up          # 启用网卡
ifconfig eth0 down        # 关闭网卡
ifconfig eth1 0           # 删除 eth1 上的地址（将 IP 设为 0）

ifup eth0                 # 通过配置文件启用（需 ifcfg-eth0 存在）
ifdown eth0               # 通过配置文件关闭

混杂模式

ifconfig eth0 promisc     # 进入混杂模式（抓取所有经过网卡的包）
ifconfig eth0 -promisc    # 关闭混杂模式

管理 IPv6 地址

ifconfig eth0 add addr/prefixlen    # 添加 IPv6
ifconfig eth0 del addr/prefixlen    # 删除 IPv6

5.2 route 命令

生活例子：route 就像查看/编辑快递分拣表——看包裹该往哪个方向送，或添加一条新路线。

查看路由表

route -n    # 以数字显示，不反解地址（省资源）

输出字段：

字段	含义	说明
`Destination`	目标地址	要去哪里
`Gateway`	下一跳网关	0.0.0.0 表示直连，不需要网关
`Genmask`	目标网络掩码	目标有多大范围
`Flags`	标志	U=启用 G=网关 H=主机路由
`Metric`	度量值	到达目标的开销/跳数
`Iface`	出口网卡	从哪块网卡发出

Flags 标志	含义
U	route is up（路由启用）
H	target is a host（目标是主机）
G	use gateway（使用网关）
R	reinstate route for dynamic routing
D	dynamically installed by daemon or redirect
M	modified from routing daemon or redirect
A	installed by addrconf
C	cache entry
!	reject route（拒绝路由）

⚠️ G 标志表示使用了网关，但只有目标是 0.0.0.0 的才是默认网关。

添加路由

# 添加网络路由
route add -net 10.0.0.0/8 gw 192.168.10.1 dev eth1
route add -net 192.168.0.0/24 gw 172.16.2.10

# 添加主机路由（不用指定掩码）
route add -host 192.168.3.20 gw 172.16.123.110

# 添加默认路由（两种写法等价）
route add -net 0.0.0.0/0.0.0.0 gw 192.168.10.1
route add default gw 192.168.10.1

⚠️ 下一跳地址必须与自己的某块网卡在同一网段内且存在。

删除路由

route del -net 10.0.0.0/8 gw 192.168.10.1
route del -net 10.0.0.0/8
route del -host 192.168.3.20
route del default
route del -net 0.0.0.0

5.3 netstat 命令

生活例子：netstat 就像快递站监控大屏——看有多少包裹在运输中、哪些端口在"开门接客"、路由表长什么样。

netstat -rn        # 显示路由表（等价于 route -n）
netstat -tan       # TCP 所有连接，数字显示
netstat -uan       # UDP 所有连接
netstat -tnl       # TCP 监听状态的连接
netstat -unl       # UDP 监听状态
netstat -tunlp     # TCP+UDP 监听，显示进程名和 PID
netstat -I         # 所有接口的统计
netstat -Ieth0     # 指定接口统计（注意中间无空格）

选项	含义
`-t`	TCP 连接
`-u`	UDP 连接
`-w`	raw socket 裸套接字
`-l`	监听状态
`-a`	所有状态
`-n`	数字格式显示 IP 和端口
`-e`	扩展格式
`-p`	显示进程及 PID
`-r`	显示路由表
`-I`	显示接口统计

TCP 状态：LISTEN、ESTABLISHED、SYN_SENT、SYN_RECV、FIN_WAIT_1、FIN_WAIT_2、CLOSE_WAIT、LAST_ACK、TIME_WAIT、CLOSED

5.4 hostname / hostnamectl 命令

# CentOS 6
hostname                     # 查看主机名
hostname NEWHOSTNAME         # 设置（当前有效，重启失效）

# CentOS 7
hostnamectl status           # 显示主机名信息
hostnamectl set-hostname NEWHOSTNAME   # 设置（永久有效，直接修改配置文件）

六、iproute2 系列命令：ip / ss 🆕

iproute2 和内核关系紧密，直接放置到内核生效，版本号与内核一致。rpm -qi iproute 可查看。

6.1 ip 命令总览

生活例子：ip 是 ifconfig + route 的"升级合体版"——一个命令搞定网卡管理、地址管理和路由管理。

ip link — 网络设备配置

ip link show                  # 显示所有设备属性
ip -s link show               # 显示统计信息
ip -s link show eth0          # 指定网卡详情

ip link set eth0 up           # 启用
ip link set eth0 down         # 禁用
ip link set eth0 mtu 1000     # 设置 MTU
ip link set eth0 name ethtest # 重命名（需先 down）
ip link set eth0 address aa:aa:aa:aa:aa:aa  # 修改 MAC（测试后改回）

ip link set eth0 multicast on     # 启用多播
ip link set eth0 multicast off    # 禁用多播

ip link set eth0 netns PID        # 移到指定网络名称空间

ip netns — 网络名称空间

ip netns list                 # 列出所有 netns
ip netns add NAME             # 创建
ip netns del NAME             # 删除
ip netns exec NAME COMMAND    # 在指定 netns 中执行命令

ip addr — 协议地址管理

ip addr show                       # 显示所有接口地址
ip addr show dev eth0              # 指定接口
ip addr show dev eth0 to 192.168.100.1/24  # 过滤特定网段

# 添加地址（可加 label 别名）
ip addr add 10.1.1.10/8 dev eth1 label eth1:0
ip addr add 192.168.100.1/24 dev eth0 label eth0:0

# 删除地址
ip addr del 10.2.2.2/8 dev eth0

# 刷新（删除所有地址）
ip addr flush dev eth0
ip addr flush eth0 to 10/8    # 删除所有以 10 开头的地址

scope 参数：global 全局可用，link 接口可用，host 仅本机可用。

ip route — 路由管理

ip route show                       # 显示路由表（等价 route -n）

# 添加
ip route add 192.168.0.0/24 via 10.0.0.1 dev eth1 src 10.0.20.100
ip route add 192.168.3.5/24 dev eth0           # 无网关
ip route add 192.168.3.5/24 via 192.168.20.1 dev eth0  # 有网关
ip route add default via GW                     # 默认路由
ip route add to 10.0.1.0/24 dev eth1 via 192.168.100.6

# 删除
ip route del 192.168.3.5/24
ip route del TYPE PREFIX

# 刷新
ip route flush to 10/8             # 删除所有以 10 开头的路由

# 其他
ip route change ...                # 修改
ip route replace ...               # 修改或新增
ip route get TYPE PREFIX           # 查询单条路由

6.2 ss 命令

ss 是 netstat 的现代替代，速度更快，信息更全。

ss -tan            # TCP 所有连接，数字显示
ss -uan            # UDP 所有连接
ss -tnl            # TCP 监听
ss -tunlp          # TCP+UDP 监听+进程
ss -motan          # 带内存和计时器信息

选项	含义
`-t`	TCP
`-u`	UDP
`-w`	raw socket
`-l`	监听状态
`-a`	所有状态
`-n`	数字格式
`-p`	进程及 PID
`-e`	扩展信息
`-m`	内存用量
`-o`	计时器信息

过滤功能（FILTER）

# 按端口过滤
ss -tan '( dport = :22 or sport = :22 )'

# 按状态过滤
ss -tan state ESTABLISHED

七、nmcli 命令（CentOS 7）🖥️

nmcli device status          # 显示网络设备状态
nmcli connection show        # 显示连接列表
nmcli connection up IFACE    # 启用连接
nmcli connection down IFACE  # 禁用连接

修改 IP 地址

nmcli conn modify IFACE [+|-]setting.property value

# 示例
nmcli conn modify eth0 ipv4.address "192.168.1.100/24"
nmcli conn modify eth0 ipv4.gateway "192.168.1.1"
nmcli conn modify eth0 ipv4.dns "8.8.8.8"
nmcli conn modify eth0 ipv4.method manual    # 静态 IP
nmcli conn up eth0                            # 使修改生效

nmtui：CentOS 7 提供的 text window 图形化配置工具，执行 nmtui 即可进入。

八、配置文件详解 📄

概念要点：Red Hat 系（CentOS/RHEL）的网络持久配置通过文本配置文件完成。修改后不会立刻生效，需要重启网络服务（如 systemctl restart network）或重启主机，之后每次开机会按这些文件加载。若同时用命令改了当前状态，重启网络服务会用配置文件覆盖当前状态。

8.1 网卡配置文件

路径：/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-IFACE（如 ifcfg-eth0、ifcfg-eno16777736）。文件名中的 IFACE 必须与配置项 DEVICE 一致，表示"这份配置绑定到哪块网卡"。

参数	含义	示例
`DEVICE`	设备名（需与文件名一致）	`DEVICE=eth0`
`ONBOOT`	开机是否自动激活	`ONBOOT=yes`
`BOOTPROTO`	引导协议：static/none/dhcp/bootp	`BOOTPROTO=static`
`TYPE`	接口类型	`TYPE=Ethernet`
`IPADDR`	IP 地址	`IPADDR=172.16.12.23`
`NETMASK`	子网掩码（CentOS 7 也支持 PREFIX）	`NETMASK=255.255.0.0`
`GATEWAY`	默认网关	`GATEWAY=172.16.0.1`
`DNS1`	主 DNS	`DNS1=172.16.0.1`
`DNS2`	备用 DNS	`DNS2=8.8.8.8`
`UUID`	唯一标识（可省）	`UUID=xxx-xxx-xxx`
`HWADDR`	MAC 地址（要与真实一致，可省）	`HWADDR=00:0C:29:96:C5:24`
`USERCTL`	普通用户能否控制此接口	`USERCTL=no`
`PEERDNS`	DHCP 时是否覆盖 /etc/resolv.conf	`PEERDNS=no`
`IPV6INIT`	是否初始化 IPv6	`IPV6INIT=no`
`NM_CONTROLLED`	是否受 NetworkManager 控制	`NM_CONTROLLED=no`

完整示例：

DEVICE=eth0
BOOTPROTO=none
HWADDR=00:0C:29:96:C5:24
NM_CONTROLLED=yes
ONBOOT=yes
TYPE=Ethernet
UUID=2d225e7-232232-3435-44364566-dddf23
IPADDR=172.16.12.23
NETMASK=255.255.0.0
GATEWAY=172.16.0.1
DNS1=172.16.0.1
IPV6INIT=no
USERCTL=no
PEERDNS=no

8.2 路由配置文件

路径：/etc/sysconfig/network-scripts/route-IFACE（如 route-eth0）

两种格式（不可混用）：

# 格式一：每行一条
10.0.0.0/8 via 192.168.10.1
192.168.2.0/24 via 172.16.0.1

# 格式二：每三行一条
ADDRESS0=10.0.0.0
NETMASK0=255.0.0.0
GATEWAY0=192.168.10.1

8.3 DNS 配置文件

# /etc/resolv.conf，最多三条
nameserver 172.16.0.1
nameserver 8.8.8.8
nameserver 8.8.4.4

8.4 本地解析文件

# /etc/hosts（优先于 DNS 查询）
# 格式：IP  主机名  别名
172.16.0.1    www.magedu.com    www

查询顺序：/etc/hosts → DNS 服务器

8.5 主机名配置

# /etc/sysconfig/network
HOSTNAME=myserver

# 此方法设置后不会立即生效，需重读配置文件或重启

8.6 别名接口配置文件

# /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0:0
DEVICE=eth0:0
BOOTPROTO=static    # 别名不支持 DHCP
IPADDR=192.168.2.24
NETMASK=255.255.255.0
ONBOOT=yes

8.7 重启网络服务

# CentOS 6
service network restart

# CentOS 7
systemctl restart network.service

8.8 CentOS 6 网络管理注意

CentOS 6 上 NetworkManager 不完善，集群、虚拟化桥接在此服务下无法使用
建议使用 network 服务，关闭 NetworkManager
网络服务有两种：network 和 NetworkManager

8.9 GUI/TUI 配置工具

# CentOS 6
setup                      # TUI
system-config-network-tui  # TUI
system-config-network-gui  # GUI

# CentOS 7
nmtui                      # TUI

九、TCP/IP 协议基础 📡

9.1 网络通信过程概述

概念关系：网络间主机通信依赖 TCP/IP 协议栈。数据从 A 发往 B 时，应用层数据经过传输层（TCP/UDP 封装端口、可靠性等）→ 网络层（IP 封装地址、选路）→ 链路层（如以太网帧）→ 物理发出；对方按相反顺序解封装，最终交给对应应用程序。整条路径依赖：IP + 掩码（判断是否同网段）、路由/网关（跨网段时找下一跳）、DNS（若用域名则先解析为 IP）。

小结：只有本机 IP、掩码、网关、路由、DNS 配置正确，且中间网络可达，两台主机才能正常通信。

9.2 TCP 与 UDP 对比

概念定义：

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）：面向连接、可靠、字节流。通信前要先建立连接（三次握手），传完后断开连接（四次挥手）；每个发出的报文都需要对方确认，超时则重传，并对乱序报文重排后交付，因此适合对正确性要求高的应用。
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）：无连接、不保证可靠、按数据报收发。不建连、不确认、不重传，发出去就不管，适合对实时性要求高、能容忍少量丢失的场景。

对比项	🔒 TCP	🚀 UDP
连接	面向连接（先建连再传数据）	无连接（直接发）
数据方式	字节流（收发次数无固定对应关系）	数据报（发一次应对应收一次）
可靠性	应答、重传、排序	无保证，丢包不重传
头部	20–60 字节	8 字节
典型应用	HTTP、FTP、SSH、邮件	DNS、视频流、游戏、广播/多播

生活例子：TCP 像挂号信——要签收回执，没收到就再寄。UDP 像传单——发出去即可，不保证对方一定收到，但省事、速度快。

9.3 TCP 字节流 vs UDP 数据报（概念辨析）

TCP 字节流：

在这里插入图片描述

发送端：应用多次调用"写"，数据先进入 TCP 发送缓冲区；TCP 按自己的规则（如 MSS、拥塞窗口）把缓冲区里的数据切分成若干个报文段发出。因此写了几次与发出几个报文段没有一一对应关系。
接收端：收到的多个报文段按序号重排后放入 TCP 接收缓冲区，应用可以一次读很多、或分多次读。因此收到几个报文段与读了几次也没有一一对应关系。
结论：TCP 对应用呈现的是无边界字节流，不保留"消息"边界。

UDP 数据报：

发送端：每执行一次"写"，就封装成一个 UDP 数据报并发出，写几次就发几个包。
接收端：必须针对每个数据报各读一次，否则会丢包；若一次读的缓冲区小于该数据报长度，多出的部分会被截断。
结论：UDP 保留消息边界，一发一收一一对应。

在这里插入图片描述

十、TCP 报文头部结构详解 📦

10.1 头部结构图

在这里插入图片描述

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          源端口号 (16bit)       |         目的端口号 (16bit)     |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                        序号 (32bit)                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                       确认号 (32bit)                           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 头部 |保留 |U|A|P|R|S|F|         窗口大小 (16bit)             |
| 长度 | 6位 |R|C|S|S|Y|I|                                      |
| 4bit |     |G|K|H|T|N|N|                                      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|         校验和 (16bit)          |        紧急指针 (16bit)       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                      选项（0~40字节）                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

固定头部 20 字节 + 可选头部 最多 40 字节 = TCP 头部最长 60 字节。

10.2 各字段详解（一句话理解）

字段	位数	一句话理解
源端口	16	本端应用对应的端口（客户端多为临时端口）
目的端口	16	对端应用对应的端口（服务端多为知名端口，如 80、22）
序号	32	本端在本连接里已发送字节流的"编号"，用于排序与确认
确认号	32	表示"已收到到该序号之前的数据"，通常为对方序号+1
头部长度	4	以 4 字节为单位，最大 15，故头部最长 60 字节
URG	1	为 1 时紧急指针有效，表示有紧急数据需优先处理
ACK	1	为 1 时确认号有效，该报文段是对对方数据的确认
PSH	1	提示接收方尽快把数据交给应用，腾出接收缓冲区
RST	1	为 1 表示复位，要求对方断开并放弃本连接
SYN	1	为 1 表示同步，用于建立连接时交换初始序号
FIN	1	为 1 表示本端不再发数据，用于关闭连接
窗口大小	16	接收方声明还能收多少字节，供发送方做流量控制
校验和	16	对头部+数据做校验，检测传输是否出错
紧急指针	16	与 URG 配合，指出紧急数据结束位置（序号偏移）

10.3 头部选项（TCP Options）

kind 值	名称	说明
0	选项结束	标记选项列表结束
1	空操作	填充用
2	最大报文段长度（MSS）	通常设为 MTU-40=1460 字节（以太网）
3	窗口扩大因子	实际窗口 = 窗口值 × 2^m，提高吞吐量
4	选择性确认（SACK 允许）	只重传丢失的报文段，不重传已收到的
5	SACK 实际工作选项	告知已缓存的不连续数据块
8	时间戳	准确计算回路时间

知名端口（定义在 /etc/services）：HTTP=80, DNS=53, FTP=21, SSH=22, HTTPS=443

在这里插入图片描述

十一、TCP 连接：三次握手与四次挥手 🤝

11.1 三次握手建立连接

在这里插入图片描述

次数	方向	标志	说明
第 1 次	客户端 → 服务器	SYN=1, seq=i	客户端发起连接请求，进入 SYN_SENT
第 2 次	服务器 → 客户端	SYN=1, ACK=1, seq=j, ack=i+1	服务器确认并发送自己的 SYN，进入 SYN_RCVD
第 3 次	客户端 → 服务器	ACK=1, ack=j+1	客户端确认，双方进入 ESTABLISHED

生活例子：

你：“在吗？”（SYN）

对方：“在的，你说吧”（SYN+ACK）

你：“好的，我开始说了”（ACK）→ 开始聊天

11.2 为什么必须三次？两次不行吗？

核心原因：要双向确认"双方都能发、都能收"，并同步初始序号，防止旧报文被误用。

两次握手的问题（死锁）：若只做两次——客户端发 SYN，服务器回 SYN+ACK 并认为连接已建立。若这份 SYN+ACK 在半路丢失，客户端永远收不到，不知道服务器已准备好，也不会发第三个 ACK。服务器却以为连接已建立，开始发数据；客户端收到的是"陌生"的数据包（没建立过连接），可能直接丢弃或发 RST。结果：服务器在发、客户端不认，形成死锁。三次握手的第三报（客户端 ACK）保证：只要连接建立成功，双方都确认过对方的序号与收发能力。

11.3 四次挥手关闭连接

次数	方向	标志	说明
第 1 次	客户端 → 服务器	FIN=1, seq=i	客户端说"我没数据了"，进入 FIN_WAIT_1
第 2 次	服务器 → 客户端	ACK=1, ack=i+1	服务器说"收到"，进入 CLOSE_WAIT
第 3 次	服务器 → 客户端	FIN=1, seq=j	服务器也说"我也没了"，进入 LAST_ACK
第 4 次	客户端 → 服务器	ACK=1, ack=j+1	客户端确认，进入 TIME_WAIT → 2MSL 后 CLOSED

在这里插入图片描述

生活例子：

你：“我说完了”（FIN）

对方：“嗯我知道了”（ACK）——但对方可能还有话没说完

对方：“我也说完了”（FIN）

你：“好的，挂了”（ACK）→ 等几秒确认对方收到 → 真正挂断

11.4 为什么关闭需要四次而不是三次？

建立时能合并：服务器收到 SYN 后，既要确认（ACK）又要声明自己的序号（SYN），可以放在同一个报文里（SYN+ACK），所以建立只需三次（客户端 SYN → 服务器 SYN+ACK → 客户端 ACK）。

关闭时不能合并：收到对方的 FIN 只表示对方不再发数据了，己方可能还有数据要发给对方，因此不能立刻也发 FIN。正确做法是：先回 ACK（“你的 FIN 我收到了”）→ 己方继续发完剩余数据 → 再发 FIN（“我这边也没数据了”）。所以 ACK 和 FIN 是两个独立步骤，对应两次挥手；加上对方先发的一次 FIN 和最后对你 FIN 的 ACK，一共四次。

十二、TCP 状态转移全过程 🔄

12.1 所有 TCP 状态

状态	含义	出现在
CLOSED	初始/最终状态，连接不存在	双方
LISTEN	等待连接请求	服务器
SYN_SENT	已发送 SYN，等待确认	客户端
SYN_RCVD	已收到 SYN 并回复，等待最终确认	服务器
ESTABLISHED	连接建立完成，可传输数据	双方
FIN_WAIT_1	已发送 FIN，等待对方 ACK	主动关闭方
FIN_WAIT_2	已收到 ACK，等待对方 FIN	主动关闭方
CLOSE_WAIT	已收到对方 FIN，等自己应用关闭	被动关闭方
LAST_ACK	已发送 FIN，等待最后的 ACK	被动关闭方
TIME_WAIT	等待 2MSL 后关闭	主动关闭方
CLOSING	双方同时关闭（少见）	双方

12.2 状态转移图

12.3 TIME_WAIT 状态（概念要点）

定义：主动关闭连接的一方，在发出对对方 FIN 的最后一个 ACK 之后，进入 TIME_WAIT，等待 2×MSL（MSL = Maximum Segment Lifetime，报文段在网络中的最大生存时间）后才进入 CLOSED。

存在原因：

可靠终止：最后一个 ACK 可能丢失。若己方不等待就关掉，对方重传的 FIN 就无人应答；对方会反复重传。在 TIME_WAIT 期间若收到重传的 FIN，可以再发一次 ACK，保证连接被正常关掉。
防止旧报文干扰新连接：同一四元组（源/目 IP、源/目端口）在 2×MSL 内可能还有迟到的旧报文。若立刻用同一端口建新连接，可能误收这些旧包。等待 2×MSL 可让旧报文在网络中"过期"，避免与新连接混淆。

12.4 RST 复位报文段

概念定义：RST（Reset）是 TCP 头部的一个标志位。携带 RST=1 的报文段称为复位报文段，含义是"终止当前连接，不要继续用这个连接"；收到 RST 的一方会立刻把连接关闭，并通知应用程序连接被对端重置。

常见触发场景：

向未监听的端口发起连接，或向不存在的服务发数据 → 对端回 RST。
连接超时、提前关闭、在已关闭的 socket 上收到数据 → 可能发 RST。
异常终止连接（如强制关闭、程序崩溃）→ 发 RST 通知对方。
向处于 LISTEN 的端口发送非 SYN 的包（例如直接发数据）→ 可能回 RST。

十三、TCP 可靠传输机制 🛡️

概念定义：可靠传输指 TCP 保证按序、无重复、无丢失地把应用层交给它的字节流交给对端应用。实现依赖多种机制配合，而不是单一点。

13.1 机制总览

13.2 发送应答机制（ACK）

发送端每发一个 TCP 报文段（或一批），都依赖接收端回传 ACK（确认号表示"已收到到哪一字节"）。只有被确认的数据才视为已成功送达；未确认的会留在发送缓冲区，等待 ACK 或超时重传。

13.3 超时重传机制

发送端为每个已发出但未确认的报文段维护重传定时器。若在定时时间内未收到对应 ACK，则重传该报文段并重置定时器。这样即使网络丢包，也能通过重传补上。另外，IP 层可能乱序、重复递交，TCP 会根据序号对收到的报文段排序、去重后再交付给应用。

13.4 流量控制与拥塞控制（概念区分）

流量控制：解决"接收方处理不过来"的问题。通过 TCP 头部的窗口字段，接收方告诉发送方"我还能收多少字节"；发送方不会发超过该窗口的数据，避免撑满接收缓冲区。
拥塞控制：解决"网络承载不了"的问题。发送方根据丢包、超时等信号，动态调整发送速率（如慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复），避免把网络塞爆导致大面积丢包。

十四、命令对比速查 🆚

14.1 ifconfig vs ip 命令

操作	ifconfig（旧）	ip（新）
查看所有网卡	`ifconfig -a`	`ip link show` / `ip addr show`
查看指定网卡	`ifconfig eth0`	`ip addr show dev eth0`
配置 IP	`ifconfig eth0 IP/MASK`	`ip addr add IP/MASK dev eth0`
删除 IP	`ifconfig eth0 0`	`ip addr del IP/MASK dev eth0`
添加别名	`ifconfig eth0:0 IP/MASK`	`ip addr add IP/MASK dev eth0 label eth0:0`
启用/关闭	`ifconfig eth0 up/down`	`ip link set eth0 up/down`
修改 MTU	—	`ip link set eth0 mtu 9000`
改名	—	`ip link set eth0 name newname`
刷新所有地址	—	`ip addr flush dev eth0`

14.2 route vs ip route

操作	route（旧）	ip route（新）
查看路由	`route -n`	`ip route show`
添加网络路由	`route add -net DEST gw GW`	`ip route add DEST via GW dev DEV`
添加默认路由	`route add default gw GW`	`ip route add default via GW`
删除路由	`route del -net DEST`	`ip route del DEST`
刷新路由	—	`ip route flush to PREFIX`

14.3 netstat vs ss

操作	netstat（旧）	ss（新）
TCP 所有连接	`netstat -tan`	`ss -tan`
UDP 监听	`netstat -unl`	`ss -unl`
显示进程	`netstat -tunlp`	`ss -tunlp`
路由表	`netstat -rn`	`ip route show`
过滤端口	—	`ss -tan '( dport = :22 )'`
过滤状态	—	`ss -tan state ESTABLISHED`
接口统计	`netstat -Ieth0`	`ip -s link show eth0`

14.4 CentOS 6 vs CentOS 7 网络管理

对比项	CentOS 6	CentOS 7
接口命名	eth0, eth1	eno1, ens33, enp2s0
管理工具	ifconfig + route	ip 命令 + nmcli/nmtui
服务管理	`service network restart`	`systemctl restart network.service`
配置 GUI	`setup` / `system-config-network`	`nmtui`
主机名	`hostname` + 配置文件	`hostnamectl set-hostname`（永久）
NetworkManager	不完善，建议关闭	功能完善，推荐使用
掩码	NETMASK=	也支持 PREFIX=

十五、Shell 脚本与练习题 📝

15.1 脚本：自动分区、格式化磁盘

练习要求：

列出所有磁盘，让用户选择（quit 退出，错误重选）
提醒用户操作可能损坏数据，确认后继续
抹除所有分区，创建三个主分区（20M、512M、128M swap），格式化

#!/bin/bash
echo "Initial a disk ..."
echo -e "\033[31mWarning:\033[0m"
fdisk -l 2> /dev/null | grep -o "^Disk /dev/[sh]d[a-z]"
read -p "You choice :" PARTDISK
if [ $PARTDISK == 'quit' ]; then
    echo "quit"
    exit 7
fi
until fdisk -l 2> /dev/null | grep -o "^Disk /dev/[sh]d[a-z]" | grep "^Disk $PARTDISK" &> /dev/null; do
    read -p "Wrong option, You choice again:" PARTDISK
done
read -p "Will destroy all data, continue:" CHOICE
until [ $CHOICE == 'y' -o $CHOICE == 'n' ]; do
    read -p "Will destroy all data, continue:" CHOICE
done
if [ $CHOICE == 'n' ]; then
    echo "quit"
    exit 9
else
    echo "Partitioning..."
    dd if=/dev/zero of=$PARTDISK bs=512 count=1
    sync
    sleep 3
    echo "n
p
1

+20M
n
p
2

+512M
n
p
3

+128M
t
3
82
w" | fdisk $PARTDISK &> /dev/null
    partprobe $PARTDISK
    sync
    sleep 2
    mke2fs -j ${PARTDISK}1 &> /dev/null
    mke2fs -j ${PARTDISK}2 &> /dev/null
    mkswap ${PARTDISK}3
fi

15.2 脚本：卸载指定磁盘所有挂载

#!/bin/bash
#
for I in $(mount | grep "/dev/sdb" | awk '{print $1}'); do
    fuser -km $I
    umount $I
    echo "$I unmounted ok."
done

dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=512 count=1
sync
sleep 3

15.3 练习题

练习 1：写一个脚本为指定硬盘自动创建分区（前提：新增一块硬盘 /dev/sdb）

列出所有磁盘供选择，quit 退出，选错重选
确认操作可能损坏数据
抹除分区后创建三个主分区：20M + 512M + 128M(swap)

📖 参考答案

见 15.1 脚本。关键点：

fdisk -l 2>/dev/null | grep -o "^Disk /dev/[sh]d[a-z]" 列出磁盘
until 循环校验输入
dd if=/dev/zero of=$PARTDISK bs=512 count=1 抹除分区表
echo "..." | fdisk 实现非交互式分区
partprobe 通知内核重读分区表

练习 2：使用 ping 命令测试 192.168.0.151 到 192.168.0.254 所有主机是否在线

在线显示绿色 “ip is up.”
不在线显示红色 “ip is down.”
分别用 while、until、for（两种形式）实现

提示：ping -c 1 -W 1 IP

📖 for 循环参考

#!/bin/bash
for IP in $(seq 151 254); do
    if ping -c 1 -W 1 192.168.0.$IP &>/dev/null; then
        echo -e "\033[32m192.168.0.$IP is up.\033[0m"
    else
        echo -e "\033[31m192.168.0.$IP is down.\033[0m"
    fi
done

📖 while 循环参考

#!/bin/bash
IP=151
while [ $IP -le 254 ]; do
    if ping -c 1 -W 1 192.168.0.$IP &>/dev/null; then
        echo -e "\033[32m192.168.0.$IP is up.\033[0m"
    else
        echo -e "\033[31m192.168.0.$IP is down.\033[0m"
    fi
    let IP++
done

练习 3：网络配置综合

给 eth0 配置 IP 172.16.251.48/16
添加路由到 10.0.0.0/8 网段，网关 172.16.0.1
添加默认路由，网关 172.16.0.1
用 ip 命令完成同样的操作
配置写入配置文件使其永久生效

📖 参考答案

# ifconfig/route 方式
ifconfig eth0 172.16.251.48/16
route add -net 10.0.0.0/8 gw 172.16.0.1
route add default gw 172.16.0.1

# ip 方式
ip addr add 172.16.251.48/16 dev eth0
ip route add 10.0.0.0/8 via 172.16.0.1 dev eth0
ip route add default via 172.16.0.1

# 配置文件（永久）
# /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0:
# DEVICE=eth0
# BOOTPROTO=static
# IPADDR=172.16.251.48
# NETMASK=255.255.0.0
# GATEWAY=172.16.0.1
# ONBOOT=yes

# /etc/sysconfig/network-scripts/route-eth0:
# 10.0.0.0/8 via 172.16.0.1

# 重启服务
# systemctl restart network.service

附录

A. 网络连通性测试工具 🔍

命令	作用	示例
`ping`	测试 IP 是否可达（ICMP 协议）	`ping -c 5 -w 10 172.16.251.48`
`mtr`	网络连通性判断（比 ping 更详细）	`mtr 8.8.8.8`
`traceroute`	查看到目标经过的所有网关	`traceroute www.baidu.com`

ping -c 5 172.16.251.48     # 发送 5 个 ICMP 包
ping -w 10 172.16.251.48    # 最多测试 10 秒

B. awk 快速参考

df -Ph | awk '{print $1}'           # 取第一列
df -Ph | awk '{print $1,$3}'        # 取 1、3 列
df -Ph | awk '{print $0}'           # 所有字段
df -Ph | awk '{print $NF}'          # 最后一个字段
awk -F: '{print $1,$3}' /etc/passwd # 以冒号分隔取 1、3 列
fdisk -l 2>/dev/null | grep "^Disk /dev/[sh]d[a-z]" | awk -F: '{print $1}'

C. RHEL 网络相关文件路径

文件路径	用途
`/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-IFACE`	网卡 IP 配置
`/etc/sysconfig/network-scripts/route-IFACE`	静态路由
`/etc/sysconfig/network`	主机名、全局网络设置
`/etc/resolv.conf`	DNS 服务器
`/etc/hosts`	本地域名解析
`/etc/services`	知名端口号定义
`/proc/sys/net/ipv4/ip_forward`	IP 转发开关
`RHEL5: /etc/modprobe.conf`	模块别名
`RHEL6: /etc/udev/rules.d/70-persistent-net.rules`	网卡命名规则

D. 常用网络端口

端口	服务	端口	服务
20/21	FTP	22	SSH
23	Telnet	25	SMTP
53	DNS	80	HTTP
110	POP3	143	IMAP
443	HTTPS	3306	MySQL
5432	PostgreSQL	6379	Redis

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