个人笔记，不保证正确。
Linux 网络基础
这里是一些基础的网络知识的总结，不会多么全面，只会覆盖一些比较容易产生疑问的知识点。
需要前置知识点：因特网协议分层与虚拟网络
广播地址
在 TCP/IP 协议中，对任一网段而言，
Interface 网络接口
网络接口有三类：
- 物理接口：就是机器上的硬件接口了。
- 虚拟接口：在容器大行其道的今天，每台机器上都可能会有大量虚拟接口。因为每个容器都需要一个独立的网络接口来标识自己。
- Linux Bridge: Linux 网桥，也被看作是一种网络接口，有自己的 IP。（后面会详细说明）
每个网络接口，都具有一个唯一的 Mac 地址。
此外，一台机器上还可以通过软件实现的网桥（在后面详细说明这个概念），直接桥接物理接口，达到一个物理接口当多个用的效果。
这就相当于扩线器，将一个物理网络接口，通过软件扩成了多个虚拟的“物理接口”。
这种技术多用于虚拟机，VMware 和 VirtualBox 的虚拟机网络接口，都可以设置成“桥接物理网络”。
lo 回环接口
loopback 的缩写，是一个虚拟接口，ip 固定为 127.0.0.1，对应的域名为 localhost，用于在本机内路由数据。
比如我们在本地测试自己的 Web 应用时，就经常通过 http://localhost:8000 来查看效果，或者访问本机的 mysql/redis/elasticsearch 等等。
总之只要是访问本机的应用，就用 localhost 回环地址。这个地址会通过 lo 接口，返回到本机。
网关
主机本身并没有路由寻址的能力，因此对于不在同一网段内的 IP 包，主机会将它发送到一个“默认网关”，由这个网关将数据包路由到正确的主机上。默认网关用于实现跨网段通信。
网段是通过子网掩码来区分的，掩码用于确定网段中哪些 bit 位是固定的部分，或者说确定了子网的可用 IP 段。
每个 IP 数据包被发送出去前，会先将目标 IP 和自己的 IP 分别与掩码进行“与运算”后，判断结果是否相同：
- 如果不相同，说明目标主机不在当前网段内。数据包将被转发给默认网关。
- 如果结果一致，说明目标主机就在当前网段内，可以直接通过 MAC 地址和目标主机进行通信。
- 也就是说，同网段内，直接通过数据链路层路由数据，不需要上升到第三层 IP 层。效率高。
另外，即使是在网段内通信，其实也是可以走默认网关的。（修改主机设置中的掩码就能实现，使主机以为自己在一个更小的网段内）
只是这样数据的路由会上升到第三层，而且所有主机都通过默认网关进行数据路由的话，默认网关压力会很大。
设置默认网关，其实就是在路由表中添加了一个目标网段为
0.0.0.0/0的路由规则，如果其它的路有规则都匹配不成功，就会使用这条规则。
端口
端口是第四层 TCP/UDP 的属性，主要用于区分同一主机上的不同程序，将数据包路由给正确的程序。
约定俗成的端口号举例：
- ssh: 22
- DNS: 53
- http/websocket: 80
- https/tls/ssl: 443
注：传统的 ping 使用 ICMP 协议，该协议属于第三层，未使用到第四层的 TCP/UDP 协议，因此 ping 不存在端口这个概念。（但是现在也有新的基于 TCP 的 ping 命令了）
路由器
路由器使用第三层的路由表进行数据转发。它会修改第二层的帧信息，将源 MAC 地址改成自己的 MAC 地址。
它本身会有一个及以上的 IP 地址，这个 IP 需要被设为各局域网内主机的默认网关（网关的功能前面讲了）。
要跨不同的网络（局域网的不同网段、局域网和广域网）进行通信，就必须使用第三层网络层的 IP 地址计算路由路径，因此必须使用路由器！
另外路由器还负责处理链路层协议的转换，比如 WiFi 和以太网协议的互转。
交换机
交换机目前分为两类：
- 一层交换机：负责物理信号之间的转换，比如光信号和电信号。
- 二层交换机：即数据链路层的交换机，它只使用第二层的 MAC 地址进行数据转发。
- 三层交换机：主要仍然是工作在第二层。但是利用了第三层的信息来加速不同网络（比如局域网的不同网段）之间的数据交换。
- 对大多数的数据，它都在第二层直接处理
- 只有对第一次处理的跨网段的数据，会上升到第三层。
网桥
硬件上的“网桥”是一个过时的概念，已经被交换机所替代。
软件上的网桥
- 虚拟机网桥：和硬件中的“网桥”是一样的，本身只充当“扩线器”的功能（比扩线器多个 MAC 地址过滤），在第二层数据链路层进行数据转发。
- Linux 网桥：其实它就相当于一个软件交换机。不过有点特殊的是——它有自身的 IP 地址！
一机多 ip
是的，一台物理机是可以有多个 IP 的，甚至一根网线也能支持多个 IP。IP 和网线不是一对一的关系！
典型的例子就是虚拟机软件，一台机器上可以装多个虚拟机，将虚拟机的网络模式设为 桥接模式：直连物理网络，就可以给它分配当前物理局域网的真实 IP。
这是因为桥接，相当于在把物理接口虚拟成了一个交换机，每台虚拟机连接了这个交换机上的一个物理端口。
Ping 程序使用什么协议？工作在第几层？
Ping 程序使用 ICMP 协议（因特网控制消息协议）。ICMP 数据包会被封装在 IP 协议包中进行传输，用于交换网络层一些错误报文或者控制信息。
虽然它运行在 IP 协议之上，但是因为它的用途是交换网络层自己的一些信息，它被划分在第三层网络层。
第三层网络层主要的协议有三类：IP 协议、因特网路由选择协议（RIP/OSPF/BGP）和 ICMP 协议。
跟踪数据报的路由链路
tracepath(linux) （Windows 用 tracert）也是使用 ICMP 数据报进行路由诊断的。
它利用了 IP 协议中的错误报告机制，来得到路径上各主机/路由器的信息。因为是使用了 IP 协议中的超时报错机制，这个命令会运行得比较慢。
通常使用该命令检查局域网的路由规则，示例如下：
- 示例中我是使用 PPTP 连接的一台群晖服务器的 VPN，VPN 的网段是
10.0.0.0/16，因此数据包首先被发送到这台群晖服务器。 - 然后因为是跨网段通信，数据包被转发到默认网关（路由器）
192.168.1.1 - 网关再将数据发送到目的地
192.168.1.153
当然也可以用来检测公网的路由路径，不再赘述。
还可以使用 pathping <address> 来诊断多段路由中，各路由段的延迟时间，截图如下
DHCP 协议有什么用？它工作在第几层？
DHCP，即 Dynamic Host Confguration Protocol，动态主机配置协议。可以为自动为主机分配一个可用的 IP 地址，同时告知主机子网掩码、默认网关IP、默认DNS服务器。
其中主机会根据 ip 地址和子网掩码自动生成一条网段内寻址的路由规则，该路由规则实际上只会在链路层进行寻址，不会上升到第三层。
如果有设置默认网关，还会生成一条目标网段为 0.0.0.0/0 的路由规则，将其他流量转发给默认网关（路由器）进行处理，路由器会使用 OSPF 等路由协议计算出的路由表，将数据路由到下一跳（next-hop）。
公用服务器需要配置静态 IP，使大家都能通过固定的 IP 访问它。而其他的个人主机（手机电脑游戏机可穿戴设备等等）基本都会使用 DHCP 协议自动获取 IP 和其他必要信息。
局域网的 DHCP 功能通常由路由器提供，因为路由器知道各网段的可用 IP 段、子网掩码、默认网关、默认 DNS 服务器。（很多路由器会自己提供自己的 DNS 递归解析器，当然也可以修改。）
DHCP 协议工作在网络层，流程如下：
- discover: 新入网的主机，通过 UDP 协议发送一个
DHCP 发现报文，目标端口为 67。外层 IP 报文使用 src: 0.0.0.0，dest: 255.255.255.255（广播地址，表示将报文发送给所有主机） - offer: DHCP 服务器，收到请求后，同样通过广播地址
255.255.255.255回复一个响应报文。该报文带有一个可用的 IP 地址，还会附上一个租期。（告诉主机这个 IP 可以用，你要不要用？） - request: 主机可能会收到多个 DHCP 服务器的应答，它会从中选择一个，带上该 IP 地址和 DHCP 服务器的 ID，再次广播一个 DHCP 请求。
- ack: 目标 DHCP 服务器返回 ACK 响应。主机收到后，就知道自己可以使用这个 IP 进行通信了。
- 租期结束后，主机会重复第三、第四步刷新租期。
设置租期，是为了回收 IP。公共场所的设备流动很快，如果 IP 分配出去就不回收，很快 IP 就不够用了。
DHCP 的租约设置为多长比较合适？
参见 What is a good DHCP lease timeout configuration？，
算是众说纷纭，不过比较明确的观点是租期不适合设得过短，因为有些设备/程序在工作状态刷新租期，可能会导致问题。（比如突然断一下网？）
EdgeRoute-X 的默认租期是 86400s，也就是 24h.
我们希望设短租期的原因，是为了在修改 DHCP 信息如 DNS 服务器、默认网关之类的信息时，能更及时地通知到所有服务器。（因为没有能强制更新所有主机租约的方法）
DHCP 一般会在 1/2 租期的时候尝试更新租约，我想了下，可能设 1h 应该是比较合适的值。如果出现问题就改成默认的 86400（一天）。
修改了 DHCP 服务器的设置后，如何强制所有主机更新租约？
目前的 DHCP 服务器没有任何手段可以干这个事！参见 How to force ALL of the DHCP Clients to renew?
只能够通过在客户端执行更新租约的命令以实现强制更新。。（或者重启网络服务、网卡驱动）
# windows
ipconfig /renew
# linux，先释放旧租约，再建立新租约
sudo dhclient -r eth0 && sudo dhclient eth0
# 查看租期
cat /var/lib/dhcp/dhcpd.leases
ip 指令的使用
ip 是 Linux 的网络综合参数查询与修改指令，是一个“大一统”的指令。
指令说明如下：
[root@www ~]# ip [option] [動作] [指令]
選項與參數：
option ：設定的參數，主要有：
-s ：顯示出該裝置的統計數據(statistics)，例如總接受封包數等；
動作：亦即是可以針對哪些網路參數進行動作，包括有：
link ：關於裝置 (device) 的相關設定，包括 MTU, MAC 位址等等；对应第二层数据链路层
addr/address ：關於額外的 IP 協定，例如多 IP 的達成等等；对应第三层网络层
route ：與路由有關的相關設定；
WAN 口
路由器的 WAN 口，就相当于普通主机的默认网关，它会自动在路由器自己的路由表中添加一条规则（优先级最低），让无法寻址的所有流量都转发到 WAN 的网关去。
有些路由器可以设置多个 WAN，这时就需要手动设置静态路由，或者策略路由规则，来对流量进行分流。否则流量永远只会走其中优先级较高的 WAN 口，另一个 WAN 会一直闲置。