Shell 網(wǎng)絡操作

前面章節(jié)已經介紹了Shell編程范例之數(shù)值、布爾值、字符串、文件、文件系統(tǒng)、進程等的操作。這些內容基本覆蓋了網(wǎng)絡中某個獨立機器正常工作的“方方面面”，現(xiàn)在需要把視角從單一的機器延伸到這些機器通過各種網(wǎng)絡設備和協(xié)議連接起來的網(wǎng)絡世界，分析網(wǎng)絡拓撲結構、網(wǎng)絡工作原理、了解各種常見網(wǎng)絡協(xié)議、各種常見硬件工作原理、網(wǎng)絡通信與安全相關軟件以及工作原理分析等。

不過，因為網(wǎng)絡相關的問題確實太復雜了，這里不可能介紹具體，因此如果想了解更多細節(jié)，還是建議參考相關資料。但Linux是一個網(wǎng)絡原理學習和實踐的好平臺，不僅因為它本身對網(wǎng)絡體系結構的實現(xiàn)是開放源代碼的，而且各種相關的分析工具和函數(shù)庫數(shù)不勝數(shù)，因此，如果你是學生，千萬不要錯過通過它來做相關的實踐工作。

網(wǎng)絡原理介紹

我們的網(wǎng)絡世界

在進行所有介紹之前，來直觀地感受一下那個真真實實存在的網(wǎng)絡世界吧。當我在 Linux 下通過 Web 編輯器寫這篇 Blog 時，一邊用 mplayer 聽著遠程音樂，累了時則打開蘭大的網(wǎng)絡 TV 頻道開始看看鳳凰衛(wèi)視……這些“現(xiàn)代化”的生活，我想，如果沒有網(wǎng)絡，將變得無法想象。

下面來構想一下這樣一個網(wǎng)絡世界的優(yōu)美圖畫：

一邊盯著顯示器，一邊敲擊著鍵盤，一邊掛著耳機。

主機電源燈燦爛得很，發(fā)著綠光，這時很容易想象主機背后的那個網(wǎng)卡位置肯定有兩個不同顏色的燈光在閃爍，它顯示著主機正在與計算機網(wǎng)絡世界打著交道。

就在實驗室的某個角落，有一個交換機上的一個網(wǎng)口的網(wǎng)線連到主機上，這個交換機接到了一個局域網(wǎng)的網(wǎng)關上，然后這個網(wǎng)關再接到了信息樓的某個路由器上，再轉接到學校網(wǎng)絡中心的另外一個路由器上……

期間，有一個路由器連接到了這個 Blog 服務器上，而另外一個則可能連到了那個網(wǎng)絡 TV 服務器上，還有呢，另外一些則連接到了電信網(wǎng)絡里頭的某個音樂服務器上……

下面用 dia 繪制一個簡單的“網(wǎng)絡地圖”：

該圖把一些最常見的網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡服務基本都呈現(xiàn)出來了，包括本地主機、路由、交換機、網(wǎng)橋，域名服務器，萬維網(wǎng)服務，視頻服務，防火墻服務，動態(tài) IP 地址服務等。其中各種設備構成了整個物理網(wǎng)絡，而網(wǎng)絡服務則是構建在這些設備上的各種網(wǎng)絡應用。

現(xiàn)在的網(wǎng)絡應用越來越豐富多樣，比如即時聊天（IM）、 p2p 資源共享、網(wǎng)絡搜索等，它們是如何實現(xiàn)的，它們如何構建在各種各樣的網(wǎng)絡設備之上，并且能夠安全有效的工作呢？這取決于這背后逐步完善的網(wǎng)絡體系結構和各種相關網(wǎng)絡協(xié)議的開發(fā)、實現(xiàn)和應用。

網(wǎng)絡體系結構和網(wǎng)絡協(xié)議介紹

那么網(wǎng)絡體系結構是怎么樣的呢？涉及到哪些相關的網(wǎng)絡協(xié)議呢？什么又是網(wǎng)絡協(xié)議呢？

在《計算機網(wǎng)絡——自頂向下的方法》一書中非常巧妙地給出了網(wǎng)絡體系結構分層的比喻，把網(wǎng)絡中各層跟交通運輸體系中的各個環(huán)節(jié)對照起來，讓人通俗易懂。在交通運輸體系中，運輸?shù)氖侨撕臀锲?，在計算機網(wǎng)絡體系中，運輸?shù)氖请娮訑?shù)據(jù)?？紤]到交通運輸網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡中最終都可以劃歸為點對點的信息傳輸。這里考慮兩點之間的信息傳遞過程，得到這樣一個對照關系，見下圖：

對照上圖，更容易理解右側網(wǎng)絡體系結構的分層原理（如果比照一封信發(fā)出到收到的這一中間過程可能更容易理解），上圖右側是 TCP/IP 網(wǎng)絡體系結構的一個網(wǎng)絡分層示意圖，在把數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡之前，在各層中需要進行各種“打包”的操作，而從網(wǎng)絡接收到數(shù)據(jù)后，就需要進行“解包”操作，最終把純粹的數(shù)據(jù)信息給提取出來。這種分層的方式是為了傳輸數(shù)據(jù)的需要，也是兩個主機之間如何建立連接以及如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃缘男枰?。通過把各種需要分散在不同的層次，使得整個體系結構更加清晰和明了。這些“需求”具體通過各種對應的協(xié)議來規(guī)范，這些規(guī)范統(tǒng)成為網(wǎng)絡協(xié)議。

關于 OSI 模型（7 層）比照 TCP/IP 模型（4 層）的協(xié)議?？梢詮南聢D（來自網(wǎng)絡）看個明了：

而下圖（來自網(wǎng)絡）則更清晰地體現(xiàn)了 TCP/IP 分層模型。

上面介紹了網(wǎng)絡原理方面的基本內容，如果想了解更多網(wǎng)絡原理和操作系統(tǒng)對網(wǎng)絡支持的實現(xiàn)，可以考慮閱讀后面的參考資料。下面將做一些實踐，即在 Linux 下如何聯(lián)網(wǎng)，如何用 Linux 搭建各種網(wǎng)絡服務，并進行網(wǎng)絡安全方面的考量以及基本的網(wǎng)絡編程和開發(fā)的介紹。

Linux 下網(wǎng)絡“實戰(zhàn)”

如何把我們的 Linux 主機接入網(wǎng)絡

如果要讓一個系統(tǒng)能夠聯(lián)網(wǎng)，首先當然是搭建好物理網(wǎng)絡了。接入網(wǎng)絡的物理方式還是蠻多的，比如直接用網(wǎng)線接入以太網(wǎng)，用無線網(wǎng)卡上網(wǎng)，用 ADSL 撥號上網(wǎng)……

對于用以太網(wǎng)網(wǎng)卡接入網(wǎng)絡的常見方式，在搭建好物理網(wǎng)絡并確保連接正常后，可以通過配置 IP 地址和默認網(wǎng)關來接入網(wǎng)絡，這個可以通過手工配置和動態(tài)獲取兩種方式。

范例：通過dhclient獲取IP地址

如果所在的局域網(wǎng)有 DHCP 服務，那么可以這么獲取，N 是設備名稱，如果只有一塊網(wǎng)卡，一般是 0 或者 1 。

$ dhclient ethN

范例：靜態(tài)配置IP地址

當然，也可以考慮采用靜態(tài)配置的方式，ip_address 是本地主機的 IP 地址，gw_ip_address 是接入網(wǎng)絡的網(wǎng)關的 IP 地址。

$ ifconfig eth0 ip_address on
$ route add deafult gw gw_ip_address

如果上面不工作，記得通過 ifconfig/mii-tool/ethtool 等工具檢查網(wǎng)卡是否有被驅動起來，然后通過 lspci/dmesg 等檢查網(wǎng)卡類型（或者通過主板手冊和獨立網(wǎng)卡自帶的手冊查看），接著安裝或者編譯相關驅動，最后把驅動通過 insmod/modprobe 等工具加載到內核中。

用 Linux 搭建網(wǎng)橋

網(wǎng)橋工作在 OSI 模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層，它只需要知道目標主機的 MAC 地址就可以工作。 Linux 內核在 2.2 開始就已經支持了這個功能，具體怎么配置看看后續(xù)參考資料吧。如果要把 Linux 主機配置成一個網(wǎng)橋，至少需要兩個網(wǎng)卡。

網(wǎng)橋的作用相當于一根網(wǎng)線，用戶無須關心里頭有什么東西，把它的兩個網(wǎng)口連接到兩個主機上就可以讓這兩個主機支持相互通信。不過它比網(wǎng)線更厲害，如果配上防火墻，就可以隔離連接在它兩端的網(wǎng)段（注意這里是網(wǎng)絡，因為它不識別 IP），另外，如果這個網(wǎng)橋有多個網(wǎng)口，那么可以實現(xiàn)一個功能復雜的交換機，而如果有效組合多個網(wǎng)橋，則有可能實現(xiàn)一個復雜的可實現(xiàn)流量控制和負載平衡的防火墻系統(tǒng)。

用 Linux 做路由

路由工作在 OSI 模型的第三層，即網(wǎng)絡層，通過 router 可以配置 Linux 的路由，當然，Linux 下也有很多工具支持動態(tài)路由的。相關的資料在網(wǎng)路中鋪天蓋地，由于時間關系，這里不做介紹。

用 Linux 搭建各種常規(guī)的網(wǎng)絡服務

需要什么網(wǎng)絡服務呢？

• 給局域網(wǎng)弄個 DHCP 服務器，那就弄個 dhcpd，看看參考資料；
• 如果想弄個郵件發(fā)送服務器，那就安裝個 sendmail 或者 exim4 ；
• 如果再想弄個郵件列表服務器呢，那就裝個 mailman ；
• 如果想弄個接收郵件的服務器呢，那就安裝個 pop3 服務器；
• 如果想弄個 web 站點，那就弄個 apache 或者 nginx 服務器；
• 如果想弄上防火墻服務，那么通過 iptables 工具配置 netfilter 就可以

What's more？如果你能想到，Linux上基本都有相應的實現(xiàn)。

Linux 下網(wǎng)絡問題診斷與維護

如果出現(xiàn)網(wǎng)絡問題，不要驚慌，逐步檢查網(wǎng)絡的各個層次：物理鏈接、鏈路層、網(wǎng)絡層直到應用層，熟悉使用各種如下的工具，包括 ethereal/tcpdump，hping，nmap，netstat，netpipe，netperf，vnstat，ntop 等。

關于這些工具的詳細用法和網(wǎng)絡問題診斷和維護的相關知識，請看后續(xù)相關資料。

Linux 下網(wǎng)絡編程與開發(fā)

如果想做網(wǎng)絡編程開發(fā)，比如：

• 要實現(xiàn)一個客戶端 / 服務器架構的應用，可以采用 Linux 下的 socket 編程了；
• 如果想寫一個數(shù)據(jù)包抓獲和協(xié)議分析的程序，可以采用 libpap 等函數(shù)庫；
• 如果想實現(xiàn)某個協(xié)議呢，那就可以參考相關的 RFC 文檔，并通過 socket 編程來實現(xiàn)。

這個可以參考相關的 Linux socket 編程等資料。

后記

本來介紹網(wǎng)絡相關的一些基本內容，但因時間關系，沒有詳述，更多細節(jié)請參考相關資料。

到這里，整個《Shell編程范例》算是很粗略地完成了，不過“范例”卻缺少實例，特別是這一節(jié)。因此，如果時間允許，會逐步補充一些實例。

參考資料

• 計算機網(wǎng)絡——自上而下的分析方法
• Linux 網(wǎng)絡體系結構（清華大學出版社出版）
• Linux 系統(tǒng)故障診斷與排除 第13章 網(wǎng)絡問題（人民郵電出版社）
• 在 Linux 下用 ADSL 撥號上網(wǎng)
• Linux 下無線網(wǎng)絡相關資料收集
• Linux網(wǎng)橋的實現(xiàn)分析與使用
• DHCP mini howto
• 最佳的 75 個安全工具
• 網(wǎng)絡管理員必須掌握的知識
• Linux 上檢測 rootkit 的兩種工具: Rootkit Hunter 和 Chkrootkit
• 數(shù)據(jù)包抓獲與 ip 協(xié)議的簡單分析（基于 pcap 庫）
• RFC
• HTTP 協(xié)議的 C 語言編程實現(xiàn)實例