Linux网络基础知识详解

Linux网络基础详解

1. 局域网（LAN）与广域网（WAN）

局域网（Local Area Network）：

范围：覆盖较小区域（如家庭、办公室、校园）。
技术：以太网（Ethernet）、Wi-Fi（IEEE 802.11）。
特点：高速、低延迟、设备间直接通信，常用私有IP地址（如192.168.x.x）。
设备：交换机（数据链路层，基于MAC地址转发帧）。

广域网（Wide Area Network）：

范围：跨越城市、国家或全球（如互联网）。
技术：光纤、卫星、租用线路；协议如PPP、MPLS、SD-WAN。
特点：依赖ISP，延迟较高，使用公网IP或NAT技术。
设备：路由器（网络层，基于IP地址路由数据包）。

2. 网络协议

TCP/IP协议族（实际应用最广）：

四层模型：

网络接口层：物理传输（如以太网、Wi-Fi）。
网络层：IP协议（寻址和路由）、ICMP（错误检测）。
传输层：TCP（可靠传输，三次握手）、UDP（无连接，高效）。
应用层：HTTP、FTP、DNS、SSH等。

关键协议：

IP：无连接，负责将数据包发送到目标IP。
TCP：面向连接，通过确认机制和重传保证可靠性。
UDP：适用于实时应用（如视频流、DNS查询）。

OSI七层模型（理论参考）：

物理层 → 数据链路层 → 网络层 → 传输层 → 会话层 → 表示层 → 应用层。

3. 网络传输基本流程

以访问网页为例：

DNS解析：浏览器查询DNS服务器，将域名转换为IP地址。
建立TCP连接：客户端与服务器通过三次握手建立连接。
发送HTTP请求：应用层生成HTTP请求，经传输层（TCP）分段、网络层（IP）封装、链路层成帧。
数据路由：路由器根据IP地址选择路径，跨越多个网络。
服务器处理：服务器解包数据，处理请求并生成响应。
响应返回：数据反向传输，客户端接收并渲染页面。
断开连接：四次挥手释放TCP连接。

数据封装与解封装：

应用数据 → 添加TCP/UDP头 → 添加IP头 → 添加帧头/尾 → 物理传输 → 反向解析。

4. 端口号（Port）

作用：标识主机上的应用进程，范围0-65535。
分类：

知名端口（0-1023）：如HTTP（80）、HTTPS（443）、SSH（22）。
注册端口（1024-49151）：分配给用户应用（如MySQL默认3306）。
动态端口（49152-65535）：临时分配给客户端进程。

TCP与UDP端口独立：同一端口号可分别用于TCP和UDP（如DNS 53端口）。

5. 网络字节序

问题背景：不同CPU架构的字节序可能不同（大端序/小端序）。
解决方案：网络传输统一使用大端序（Big-Endian）。
转换函数：

htons()：主机序 → 网络序（16位）。
htonl()：主机序 → 网络序（32位）。
ntohs()/ntohl()：网络序 → 主机序。

应用场景：所有跨网络传输的二进制数据（如IP地址、端口号、自定义协议字段）。

6. 关键概念联系

NAT（网络地址转换）：将私有IP转换为公网IP，解决IPv4短缺问题。
Socket编程：结合IP地址和端口号实现进程间通信。
示例代码片段（字节序转换）：

uint16_t host_port = 12345;
uint16_t net_port = htons(host_port); // 转换为网络字节序

7. 常见问题

为何需要三次握手？ 确保双方收发能力正常，防止失效请求建立连接。
UDP比TCP快的原因？ 无连接、无拥塞控制、不保证可靠性。
如何选择端口号？ 服务端使用知名端口，客户端使用动态端口。

通过理解这些基础概念，能够更深入地学习Linux网络编程、网络故障排查及优化策略。