Linux网络：基于OS网络基础架构-优快云博客

文章目录

前言
一，局域网与广域网
二，OSI模型
- 2-1 OSI模型和操作系统有什么关系
三，协议
- 3-1 TCP/IP协议
- 3-2 协议和结构体
3-3 MAC地址
四，网络相关命令
- 4-1 ifconfig
- 4-2 ping

前言

在开发软件方面，学习计算机网络能让你理解和实现不同设备、不同程序之间的数据通信，这意味着你不再局限于写单机应用，而是可以开发联网软件（如聊天工具、网络游戏、Web服务、云应用等），并能掌握常见的协议TCP/UDP/HTTP 与客户端-服务器架构，从而具备构建真正互联网应用的能力。

一，局域网与广域网

局域网 LAN

定义：局域网是覆盖范围较小的计算机网络，通常限制在一个家庭、办公室、一栋楼、一个学校或工厂车间内。

特点：覆盖范围小（几十米 ~ 几公里），传输速度高（常见 100Mbps、1Gbps、10Gbps），成本低，可以由个人或企业自己建设（家里的 Wi-Fi 就是最典型的 LAN），网络拓扑常见：星型（交换机为中心）、总线型、环型，技术常见：以太网（Ethernet）、Wi-Fi

广域网 WAN
定义：广域网是覆盖范围极大的网络，跨越城市、省份、国家甚至全球。WAN 通常由电信运营商来建设和管理，用于连接多个局域网。

特点：覆盖范围大（几十公里 ~ 几千公里甚至全球），传输速度相对较低（受限于距离和设备，常见 Mbps 到 Gbps），建设和维护成本高，需要大量设备（光纤、卫星链路、路由器），使用复杂的传输技术：MPLS、专线、4G/5G、卫星通信等，典型代表：互联网（Internet）就是最大的 WAN

LAN 与 WAN 的关系

LAN 是“局部小网络”，WAN 是“连接这些局部网络的大网络”。
LAN 就像一个个小院子，设备之间能快速沟通；WAN 就像公路和高速，把这些小院子串联起来。
你家里的 LAN（Wi-Fi） → 通过电信运营商的 WAN → 连接到全球互联网（其他人的 LAN）。
互联网（Internet）就是由无数 LAN + WAN 互相连接组成的超级大网。

举个例子

在家里，手机和电脑通过 Wi-Fi 互相传文件，这是 LAN。
你用电脑打开 B 站、访问谷歌，这是通过家里的 LAN 连接到电信运营商的 WAN，再经过互联网到达远方服务器所在的 LAN。
整个过程：你的设备 (LAN) → 家用路由器 → 电信运营商 WAN → 互联网（WAN） → 目标服务器所在 LAN → 服务器

二，OSI模型

OSI 模型（Open Systems Interconnection，开放系统互连模型）是国际标准化组织（ISO）在 1984 年提出的一个网络通信参考模型。它把计算机网络通信划分为七层：

名称	作用
应用层	直接面向用户应用（HTTP、FTP、SMTP、DNS 等）
表示层	处理数据表示（加密/解密、压缩/解压缩、数据格式转换）
会话层	管理通信会话（建立、保持、终止会话）
传输层	负责端到端通信可靠性（TCP、UDP）
网络层	负责寻址和路由（IP 协议）
数据链路层	负责点到点传输（MAC 地址、以太网帧）
物理层	负责比特传输（电信号、光信号）

其实在网络角度，OSI定的协议7层模型其实非常完善，但是在实际操作的过程中，会话层、表示层
是不可能接入到操作系统中的，所以在工程实践中，最终落地的是5层协议

在这里插入图片描述

2-1 OSI模型和操作系统有什么关系

OSI 模型是网络通信的理论框架，把复杂的网络通信过程拆成 7 层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
它就像“快递公司流程图”：取件、分拣、运输、派送，每一步都有明确分工
操作系统是一个管理计算机资源的软件，它管：CPU、内存、硬盘、显卡、网卡、网络通信
它就像“快递公司本身”，有员工、有流程，真正帮你把货送到

两者的关系你可以这样理解：

OSI 模型是理论蓝图 —— 规定了“快递”要分几步走。
操作系统是实际实现者 —— 它按照这个蓝图，在计算机里完成网络通信。

在实际操作系统里：

物理层、数据链路层：由网卡硬件 + 驱动实现（驱动在操作系统里）。
网络层（IP）、传输层（TCP/UDP）：由操作系统的协议栈实现。
会话层、表示层、应用层：多数由应用程序或库来实现，比如浏览器、加密库。

也就是说：操作系统主要负责底层（传输层以下），应用程序负责上层（会话层以上）

三，协议

3-1 TCP/IP协议

它规定了数据在网络中如何发送、传输和接收，是互联网的核心协议，简单理解：TCP/IP 就是计算机之间“互相说话的语言”。

TCP/IP 协议就是计算机在网络上通信的一套规则。
TCP（传输控制协议）：保证数据可靠传输，不丢、不乱序。
IP（网际协议）：负责把数据送到正确的电脑地址。

3-2 协议和结构体

可以把协议想象成双方都认识的结构体：每一条字段（field）对应协议里的一个数据元素（比如消息类型、长度、内容）。发送方填充结构体，把它的二进制内容发出去。接收方用同样的结构体解析收到的数据。

假设我们设计一个简单的消息协议：

// 定义协议结构体
struct Message {
    uint8_t type;      // 消息类型
    uint16_t length;   // 消息长度
    char content[100]; // 消息内容
};

发送方填好这个结构体，然后发到网络上，接收方用同样的结构体解析，就能正确理解数据
协议 = 数据结构（struct）规则：

发送方 = 填结构体
接收方 = 按结构体解析
只要双方都遵循同一个“结构体定义”，通信就不会出错。

协议就像双方都认得的结构体，规定了数据的字段和顺序，让发送和接收双方能正确理解信息。

3-3 MAC地址

MAC 地址是网络设备的唯一硬件标识。每个网卡（网卡可以是电脑的、有线网卡、Wi-Fi 模块）都有一个全球唯一的 MAC 地址。格式一般是 6 个字节（48 位），用十六进制表示，如：

00:1A:2B:3C:4D:5E

MAC 地址的作用：

唯一标识网络设备：就像身份证号，每台设备在局域网里都有唯一标识。

局域网通信：局域网（LAN）里，交换机用 MAC 地址决定把数据包送给哪台设备。

不依赖 IP：MAC 地址在硬件层（链路层）工作，不管设备的 IP 地址如何变化，它本身不变

四，网络相关命令

4-1 ifconfig

ifconfig是 Linux 系统中查看和配置网络接口的命令。

演示代码：

eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 172.31.1.107  netmask 255.255.240.0  broadcast 172.31.15.255
        inet6 fe80::f816:3eff:fe1d:ff69  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether fa:16:3e:1d:ff:69  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 2871073  bytes 1143072304 (1.1 GB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 3100639  bytes 1711873451 (1.7 GB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 848593  bytes 128534029 (128.5 MB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 848593  bytes 128534029 (128.5 MB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

eth0 概览

eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500

eth0 → 网络接口名（通常是第一块以太网网卡）
flags → 接口状态标志：
- UP → 接口已启用
- BROADCAST → 支持广播
- RUNNING → 驱动已加载，接口正在工作
- MULTICAST → 支持多播
mtu 1500 → 最大传输单元，每个数据包最大 1500 字节

IP 地址相关

inet 172.31.1.107  netmask 255.255.240.0  broadcast 172.31.15.255

inet 172.31.1.107 → IPv4 地址
netmask 255.255.240.0 → 子网掩码，用于划分网络和主机
broadcast 172.31.15.255 → 广播地址，用于向网络中所有设备发送信息

inet6 fe80::f816:3eff:fe1d:ff69  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>

inet6 → IPv6 地址（链路本地地址）
prefixlen 64 → 子网前缀长度
scopeid 0x20<link> → 链路本地作用域，仅本地网络有效

MAC 地址

ether fa:16:3e:1d:ff:69  txqueuelen 1000  (Ethernet)

ether → MAC 地址（网卡唯一硬件标识）
txqueuelen 1000 → 发送队列长度，表示缓冲区可存储 1000 个待发送数据包

网络流量统计

RX packets 2871073  bytes 1143072304 (1.1 GB)
RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0

RX → 接收（Receive）统计
- packets 2871073 → 接收的数据包数量
- bytes 1143072304 (1.1 GB) → 接收的总字节数
- errors/dropped/overruns/frame → 接收错误、丢包、缓冲溢出、帧错误数量

TX packets 3100639  bytes 1711873451 (1.7 GB)
TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

TX → 发送（Transmit）统计
- packets 3100639 → 发送的数据包数量
- bytes 1711873451 (1.7 GB) → 发送的总字节数
- errors/dropped/overruns/carrier/collisions → 发送错误、丢包、缓冲溢出、物理故障、碰撞统计

4-2 ping

ping 命令作用：ping 用来测试你的计算机能否到达目标主机，同时测量网络延迟（响应时间）。它通过 ICMP 协议发送“回显请求”，目标主机收到后返回“回显应答”。

演示代码：

root@hcss-ecs-f59a:~# ping www.bilibili.com
PING a.w.bilicdn1.com (221.204.56.94) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 94.56.204.221.adsl-pool.sx.cn (221.204.56.94): icmp_seq=1 ttl=49 time=13.7 ms
.......

输出解析：

PING a.w.bilicdn1.com (221.204.56.94) 56(84) bytes of data.

a.w.bilicdn1.com → ping 命令解析出来的目标域名的实际服务器名
221.204.56.94 → 目标服务器的 IP 地址
56(84) bytes of data → 发送的数据包大小
- 56 字节 → ICMP 数据部分
- 84 字节 → ICMP 报头 + IP 头 + 数据总长度

64 bytes from 94.56.204.221.adsl-pool.sx.cn (221.204.56.94): icmp_seq=1 ttl=49 time=13.7 ms

64 bytes → 收到的数据包大小（通常比发送少 20 字节 IP 头，因此显示 64）
from 94.56.204.221.adsl-pool.sx.cn (221.204.56.94) → 源地址
- 显示域名 + IP
icmp_seq=1 → ICMP 序列号，第 1 个回显请求
ttl=49 → Time To Live（生存时间）
- 数据包在网络中最多经过多少路由器
- 每经过一个路由器减 1
time=13.7 ms → 往返延迟时间（RTT, Round-Trip Time），即你发送包到收到回应的时间