Linux 网络笔记

贡献者： addis

• 21 个 Linux 常用网络命令
• sudo ifconfig 显示网卡（network interface card, NIC, 也简称 interface）信息，以及 ip 地址（输出中的 inet addr）
• ip -4 addr show scope global 也可以。ifconfig 现在已经有点过时了（但仍然很多人和教材在用），可以用 ip 代替。
• 不同的网卡有不同的 ip 地址，通常有一张网卡是连互联网的，其他网卡都是局域网，甚至虚拟网卡（例如虚拟机，docker 等）。每个局域网的 ip 范围由子网掩码决定。对这些不同的局域网来说，当前电脑就是一个网关（gateway）把它们连起来，如果当前电脑会在不同局域网/网卡之间转发包，这个电脑也可以看作是路由（器）。
• 可以想象每张网卡上都长了很多端口（port），用于给不同的应用收发各种消息。例如 http 协议的默认端口是 80，https 是 443，ssh 是 22。
• 注意端口的概念是基于 tcp 或 udp 等协议的，有些协议没有端口（例如 ping 使用的 icmp 协议）
• 要找到公网网卡，用 ip route show | grep default 找默认网卡，默认网卡几乎肯定是公网网卡。

  default via 10.150.0.1 dev wlo1 proto dhcp metric 600
  10.150.0.0/17 dev wlo1 proto kernel scope link src
  (不换行) 10.150.61.141 metric 600
  169.254.0.0/16 dev enp3s0 scope link metric 1000
  192.168.137.0/24 dev enp3s0 proto kernel scope link src
  (不换行)192.168.137.1 metric 100
  

• 其中 default 是默认网卡用于访问 internet，via 10.150.0.1 是网关 ip，dev wlo1 是说该网卡的名字是 wlo1 这样的名字一般是 wifi 网卡。
• proto dhcp 是说当前这行是通过 dhcp 协议自动配置的
• metric 600 是优先级，越低越优先。
• proto 其他可能的结果：static（使用 ip route add 手动添加的）, kernel（Linux 内核自动配置的）, boot system boot process 配置的（常见于老 Linux）。
• scope link 表示该行适用于 link layer，也就是第二层，MAC 地址工作的 layer，在第三层 ip (network layer) 的下一层。第一层是物理层。也就是说该条规则只适用于直接和本网卡相连的 ip（也包括通过交换机相连）。
• 169.254.0.0/16 是专用于 link-local ip 地址。插入局域网时如果没有找到 DHCP 就会自动配置，而 192.168.137.0/24 子网是手动配置的，也就是说 enp3s0 这个网卡有两个 ip 和子网，通常不会冲突，使用时无视自动配置的即可，删掉也没什么关系：sudo ip route del 169.254.0.0/16 dev enp3s0。
• enp3s0 这个名字符合 Predictable Network Interface Names，en 表示 ethernet，p3 是 bus number，s0 是 slot number。
• 注意 169.254... 这行没有 src 指定该网卡的 ip。这是因为用了 ZEROCONF route。
• ifconfig 网卡名 up 启动网卡，ifconfig 网卡名 down 关闭网卡，可以用这两个命令重启网卡（要防止 ssh 被中断，两个命令用分号写到一行）
• ifoncig 用于查看网络相关信息：其中 Link encap:Ethernet 表示在使用 Ethernet，HWaddr 是硬件地址，即 MAC 地址，inet addr 网卡的 IP 地址，Bcast broadcast 地址，Mask 掩码，UP 表示 Ethernet 的 kernel module 被加载，BROADCAST 支持 broadcasting，从 DHCP 获取 IP 的必要条件，RUNNING 准备好传输数据，mtu (Maximum Transmission Unit)，就是 packet 的最大尺寸
• netplan 是 ubuntu 18.04 的默认管理网络设置的程序，比如设置 DHCP，静态 ip，掩码，网关等，设置完成以后用 sudo netplan apply 可以生效。但有时候还需要重启网卡才能成功。
• DHCP 的默认地址段是 100 到 149。DHCP 开启的时候也仍然可以用 netplan 设置静态 ip，但要避开 100 到 149。
• 如果 ip -4 addr show scope global 返回的 valid_lft 和 preferred_lft 不是 forever，那（理论上）这个 ip 就可能会变化。但实际上不常改变。
• sudo hpclient 显示 ip 地址
• sudo /etc/init.d/networking restart 重启网络服务
• 要从某个网址下载文件，只需安装 wget 软件即可，使用方法如 wget http://... 文件会下载到当前文件夹
• ping 可以用来检查是否有网络连接，比如 ping google.com 也可以用来查看某个域名的 ip 地址，也可以直接使用 ip 地址如 ping 8.8.8.8 (8.8.8.8 是谷歌的主要 DNS 服务器)
• ping 域名 和 host 域名 都可以检查域名的 ip
• 如果连不上网，可以参考这篇文章的步骤调试
• 如果想 “ping 某个端口”，用 telnet IP 端口号。一般来说我们说的端口是 TCP 中的概念，telnet 只支持 TCP 不支持 UDP。如果有任何进程在监听该端口且网络没有问题，那么就会现实 connected。如果卡在 Trying xxx.xxx.xxx.xxx... 上，就是无法建立连接（如果 ping 可以 telnet 不行，多半是 GFW 屏蔽了某个端口）。这有别与 connection refused，后者说明这个端口没有被监听（也叫做端口关闭）。
• 其实本来 telnet 是一个远程命令行，也像 ssh 一样有一个服务监听一个特定的端口。但因为不安全，已经被 ssh 代替。
• 除了 telnet，也可以用 nc -v <ip> <port>（netcat）或者 nmap -p <port> <ip> 测试 tcp 连接。
• nmap 也被用于测试某个接口是否开启，以及是否在使用某个 app（如 ssh, ftp, 等）
• nmap 还可以用于扫描局域网中有哪些机器如 nmap -sn 192.168.1.0/24 也可以用 sudo arp-scan --localnet，arp -a 或者 ping 广播 ping -b 192.168.1.255。
• 如果想获得某个 ip 的子网掩码，用 whois 66.220.156.68 | grep CIDR 输出如 CIDR: 66.220.144.0/20
• traceroute 域名或者ip 可以查看从当前机器出发到某个机器所经过的网关的 ip（有些会隐藏）。例如局域网里面的某台机器 traceroute 到外网的某个网址，那么第一条显示的是当前局域网的网关（用于该局域网的网卡）的 ip，如果该网关仍然没有处于公网，那么第二条会显示第一条中网关所在的另一个局域网的网关的 ip……直到公网 ip，然后各种互联网上的公网 ip，最终达到网址的服务器的 ip。注意每条中只会显示进入某个机器所用网卡的 ip，不会显示出去时所用网卡的 ip。
• cat /sys/class/net/enp5s0/speed 可以查看以太网的连接速度（即是否是 Gigabit。在 GUI 的网络设置里面也可以看到）
• iperf3 可以测试网络中两个主机之间的网速，参考这个教程。不过貌似比较麻烦，倒不如用 sftp，一般不需要安装额外东西。
• ethtool eth0 可以查看网卡 eth0 的详细信息。
• bind9 可以在 LAN 中设置 DNS 服务器。
• 现在的网卡一般都支持自动跳线，也就是说两台电脑直接用网线连接没什么问题。

1. ip 命令

　　 ip a（或者 ip addr）输出的的一个例子如下：

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state 
UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: enp3s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc
fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether d8:bb:c1:17:da:ca brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.137.1/24 brd 192.168.137.255 scope global 
noprefixroute enp3s0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::dabb:c1ff:fe17:daca/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: wlo1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc
noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 14:18:c3:7f:91:85 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    altname wlp0s20f3
    inet 10.150.61.141/17 brd 10.150.127.255 scope global 
dynamic noprefixroute wlo1
       valid_lft 66898sec preferred_lft 66898sec
    inet6 fe80::e7b9:9ec8:8534:38d2/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

• 其中第一张网卡是 enp3s0，en 表示 ethernet，p3，s0 表示某些编号。
• 尖括号里 LOWER_UP 表示网线已经插入，已经连接到网络。
• 加括号里 LOOPBACK 表示 loop back（例如 localhost 127.0.0.1）
• qlen：default transmit queue length。
• inet ipv4 地址，inet6 ipv6 地址
• brd 广播（broadcast）地址
• mtu maximum transmission unit（ethernet 都是 1500 字节）
• valid_lft：valid life time
• preferred_lft：preferred life time
• qdisc：queuing discipline。也就是排队的算法，noqueque 是说没有队列。
• state 是网卡的状态，它的值可以是 UP, DOWN, UNKNOWN，如果开启以后没有连接，会显示 UNKNOWN。

2. iptables 和 ufw

• 参考 25 Useful IPtable Firewall Rules Every Linux Administrator Should Know。
• 注意与 routing table 区分
• iptables 是一个命令行防火墙，它不是一个 service 而是个命令，所以不能 turn on/off。它直接跟 Linux 内核的 netfilter 打交道，在开机时、用户直接输入相关命令时，或者被其他服务如 ufw 调用时才会跟跟内核沟通。
• iptables 和 netfilter 在重启后都不会保留任何设置。
• UFW（uncomplicated firewall） 是 iptable 的一个用户友好的前端。用户可以直接使用 iptable，但操作起来较为复杂，所以直接用 UFW 比较方便。UFW 是有服务的。UFW 可以通过服务在每次开机自动恢复用户设置的规则。
• 要关闭防火墙可以关闭 UFW 服务（如果有其他程序自动设置 iptable 或 netfilter 也需要关闭）：sudo ufw disable（立即取消通过 ufw 设置的所有规则，且重启后不自动开启），sudo ufw enable（马上恢复之前设置的 ufw 规则，且开机自动开启）。
• 如果不考虑安全因素，disable 是最方便的，但会使 NAT（见下文）失效，所以要用 NAT 的话可以允许需要的端口而不 disable。
• 要重启 UFW，用 sudo systemctl restart ufw
• sudo ufw status numbered 可以看到当前的 ufw 规则。numbered 用于显示编号便于删除。
  
  图 1
• ufw 的命令行设置都会立即生效，但如果改变了设置文件，要用 sudo ufw reload 才能立即生效。
• sudo ufw delete 1 删除第 1 条规则。
• sudo ufw default allow 允许一切流入和流出通信，除非被别的规则禁止（这是最省心的做法，但注意安全）
• sudo ufw default deny 允许一切流出，但禁止一切流入，除非被别的规则允许
• sudo ufw status verbose numbered 可以看到所有设置包括默认行为
• sudo ufw allow 22/tcp，这等效于 sudo ufw allow from any to any port 22 proto tcp 允许任何来源对端口 22 进行 tcp 协议访问。
• 但其实还需要 sudo ufw allow out 22/tcp 要不然只进不出 ssh 也连不上！
• sudo ufw reset 重置所有 ufw 规则。一般默认：Default: deny (incoming), allow (outgoing), allow (routed)。
• 用上述命令修改规则，和直接修改设置文件然后 reload 等效。设置文件在 /etc/ufw/ 常用的有 ufw.conf，before.rules，after.rules。另外还有 /etc/default/ufw
• log 文件在 /var/log/ufw.log

直接操作 iptable

• 参考这篇。
• 除了上面的 ufw，iptables-persistent 也能让 iptable 重启后保留设置。安装 sudo apt install iptables-persistent。安装过程中会把当前的所有 rule 保存到设置文件 /etc/iptables/rules.v4 和 v6 里面，对应 ipv4 和 ipv6。然后为了安全期间可以复制一个备份 rules.v4.backup
• 现在修改规则以后，用 sudo iptables-save -f /etc/iptables/rules.v4 把修改后的规则保存到设置文件中。这样重启以后会自动按照配置文件设置。
• iptable 的种类有 FILTER，NAT，MANGLE，每种又有不同的 chain，例如 INPUT，OUTPUT，FORWARD, PREROUTING，POSTROUTING 等。
• 查看所有防火墙规则 sudo iptables -L -n -v
• 查看某个 table 的规则用 -t，如 sudo iptables -t nat -L -n -v
• 屏蔽某个 ip：sudo iptables -A INPUT -s xxx.xxx.xxx.xxx -j DROP。
• 其中 -A 就是添加一个规则，如果改成 -D 就是删除该规则。
• 屏蔽某个 ip 的 tcp traffic：sudo iptables -A INPUT -p tcp -s xxx.xxx.xxx.xxx -j DROP
• 屏蔽一个 OUTPUT 端口：sudo iptables -A OUTPUT -p tcp --dport xxx -j DROP
• 允许一个 INPUT 端口： sudo iptables -A INPUT -p tcp --dport xxx -j ACCEPT
• 允许多个 INPUT 端口 sudo iptables -A INPUT -p tcp -m multiport --dports 22,80,443 -j ACCEPT。
• 如果是一个范围，就用例如 --dports 5000:5005。
• 允许多个 OUTPUT 端口 sudo iptables -A OUTPUT -p tcp -m multiport --sports 22,80,443 -j ACCEPT.
• 要允许所有 INPUT 或 OUTPUT 端口，用 sudo iptables -A INPUT或OUTPUT -p tcp -m multiport --sports 1:65535 -j ACCEPT。
• 屏蔽 facebook：host facebook.com，whois 66.220.156.68 | grep CIDR，例如得到 66.220.144.0/20，那么 sudo iptables -A OUTPUT -p tcp -d 66.220.144.0/20 -j DROP
• 以上操作默认对所有网卡进行，如果要指定某个网卡，用 -i 网卡名。
• Port Forwarding：sudo iptables -t nat -A PREROUTING -i eth0 -p tcp --dport 25 -j REDIRECT --to-port 2525 就是网卡 eth0, 从端口 25 到端口 2525
• 屏蔽某个 mac 地址 sudo iptables -A INPUT -m mac --mac-source 00:00:00:00:00:00 -j DROP

3. 调试工具

• iperf 可以用于测试网速
• sudo lsof -i -P -n | grep LISTEN 可以查看哪些端口被占用。lsof 意思是 list opened files。

4. 用 Virtualbox 搭建局域网

• 另见 “搭建 Linux 局域网”
• 使用 Virtualbox 运行若干个 linux (ubuntu 18 lts) 系统，并组成 LAN 网络，以及连接 internet
• 为了节约空间，只需要一台 desktop 系统，其他都是 server 系统（没有 GUI 的）即可
• 设置好 ssh 以后，server 开机后无需登录就可以接收 ssh 连接
• host 表示运行虚拟机的 OS，guest 表示虚拟机中运行的 OS
• clone 虚拟机的时候选择改 mac 地址 (也可以 clone 完了以后在网络设置里面刷新 mac 地址)
• 克隆完后进入每个 guest 在 /etc/hostname 修改 hostname，重启即可
• 参考这里。
• 看网页上不同 network type 的表，其中 NAT network 满足要求，但不能从 host 连接虚拟机，而 bridged networking 可以
• Not attached 模式，guest 会有一张网卡，但是没有连接 cable
• NAT (Network Address Translation) 模式，新建虚拟机默认使用这个，guest 可以连接 internet，但是外部不能访问 guest（例如 guest 上的 web server），包括 host
• NAT network 模式：需要的就是这个，目前用得是这个 类似于用 router 将虚拟机连起来，并连互联网，host 连不连暂时无所谓。在选择这个之前需要在 File->Preference 菜单中的 Network 中新建一个网卡（直接按+按钮即可，无需设置），然后在对每个虚拟机的 NAT network 设置里面选这个网卡。
• 完了以后好像还要在 linux 里面设置 netplan (ubuntu 18) 或者 ifupdown (old ubuntu)，可以参考这里
• 一个详细的 netplan 教程。
• netplan 配置文件目录为 cd /etc/netplan/，里面可以手动指定当前机器的 ip 地址
• 首先备份 netplan 的配置文件 sudo cp 50-cloud-init.yaml 50-cloud-init.yaml.backup
• 然后配置文件这样设置 (host 和每个 guest 给一个不同的 ip) (注意其中 enp0s3 是 ifconfig 的连接名)

  network:
      version: 2
      ethernets:
          enp0s3:
              dhcp4: false
              addresses: [10.0.2.4/24]
  

• 在桌面版的 ubuntu，该文件由设置面板管理，会有一行 renderer: NetworkManager
• 注意 ubuntu desktop 这么做以后好像连不上 internet，其实也没关系，因为 virtualbox 分配的 ip 似乎完全不会变
• 然后用 sudo netplan try，然后 ifconfig 看一下 ip 是否变为指定 ip。如果有什么问题，两分钟后会自动恢复原来的设置。（据说恢复时有一个 bug，并不能恢复，需要重启才可以）
• 使用 sudo netplan apply 使配置生效
• 另外试一下 apt update 可不可以连接外网
• 如果上不了外网， sudo ifconfig enp0s3 down; sudo ifconfig enp0s3 up 重启网卡即可（如果通过 ssh 链接，一定不能拆开使用，否则会断开链接）。
• 要搜索局域网中所有设备，用 sudo arp-scan -l --interface=网卡名 其中 网卡名 就是 ifconfig 里面显示的。

5. netplan

• 一个详细的 netplan 教程。
• 可以选择两个后端（netplan 设置文件中的 renderer）：systemd-networkd 和 NetworkManager。如果不指定，默认是前者，此时 Ubuntu 桌面右上角的网络设置中将会显示 unmanaged。
• 从 Ubuntu 18.04 开始，netplan 代替了传统的配置文件 /etc/network/interfaces，如果要切换回后者，见这个教程。
• netplan 的目标是让网络设置更中心化以及更简单。
• netplan 的三个路径（按优先级排序）：/run/netplan，/etc/netplan，/lib/netplan，一般来说默认文件是 /etc/netplan/01-network-manager-all.yaml，内容是

  # Let NetworkManager manage all devices on this system
  network:
    version: 2
    renderer: NetworkManager
  

  其中 renderer 的另一个选项是 networkd（如果不指定就默认这个）。桌面版还是建议用 NetworkManager，因为 GUI 网络设置就是用的这个，可以查看各种信息。

• 要指定 gateway 的话，gateway4 xxx.xxx.xxx.xxx 已经过时了，应该用 routes: [{to: default, via: xxx.xxx.xxx.xxx}]。

6. 配置静态 ip 以及 routing table

• 一个完整的静态 ip 示例（在 LAN 中实测可以访问外网）
  代码 1：01-network-manager-all.yaml

  # Let NetworkManager manage all devices on this system
  network:
    version: 2
    renderer: NetworkManager
    ethernets:
      enp5s0:
        dhcp4: false
        addresses: [192.168.137.183/24]
        routes:
          - to: default
            via: 192.168.137.214
        nameservers:
          addresses: [10.130.30.52, 10.130.30.53]
  

• 一般来说，nameservers 的 ip 可以设置为常用的 8.8.8.8 等，但笔者的校园网禁止访问公共 DNS，所以笔者在 LAN 的网关电脑上查到了两个校园网提供的 DNS 地址并填入。
• 参考这个教程，以及 “Linux DNS 笔记”。
• 查看 ip 用 ip a（即 ip address）
• 要给某个网卡添加一个 ip，用 sudo ip address add 192.168.137.10/255.255.255.0 dev enp3s0（en 表示 ethernet，p3 表示 bus number，s10 表示 slot number）
• 关闭和启动网卡 ip link set dev eth0 up，ip link set dev eth0 down
• ip route show 或者 route -n 可以查看路由表。前者可以看到 DHCP 服务器的位置
• 要给路由表添加一条，用 ip route add 192.168.1.0/255.255.255.0 via 192.168.1.1
• 给路由表设置默认网卡，用 ip route add default via 192.168.1.1 dev eth0
• arp -a 查看 ARP（由 ip 获取 mac 地址的协议）缓存
• netstat -napt 可以查看 tcp 连接状态

7. NAT

Ubuntu 22.04

• NAT 的原理大概就是把不同内网的 ip 地址 + 端口（socket）映射到某个（例如学校的）公网 ip 地址和不同的端口，并在链接建立以后把后者的端口回传给前者的端口
• 所以两个不同的 NAT 后面的电脑是可以 P2P 连接的，但是首先要通过一个公网服务器建立连接，这几乎是常规操作了（猜测 teamviewer 应该就是这个原理）
• 具体设置见下文
• 比如说网关主机（Ubuntu 22.04）上有两张网卡，一个 ethernet 连接 LAN，一个 wifi 网卡连接外网。要使 LAN 中的主机可以访问 internet，需要在网关主机上设置 NAT，参考这里的 Setup a NAT 步骤（亲测成功）：
• /etc/ufw/sysctl.conf 中取消注释 net.ipv4.ip_forward=1 或者 net/ipv4/ip_forward=1（/ 和 . 是等效的）.
• /etc/default/ufw 中设置 DEFAULT_FORWARD_POLICY="ACCEPT"
• /etc/ufw/before.rules 中在 *filter 之前添加如下几行：

  *nat
  :POSTROUTING ACCEPT [0:0]
  -A POSTROUTING -o 链接互联网的网卡名如wlo1或enp3s0 -j MASQUERADE
  COMMIT
  

• sudo ufw enable，sudo systemctl restart ufw。用 sudo ufw reload 使设置文件生效。注意如果 disable 的话，就访问不了外网了。

Ubuntu 20.04

• /etc/sysctl.conf 中，net.ipv4.ip_forward=1 取消注释
• sudo sysctl -p 使其生效
• 假设有网的网卡为 wlo1，连局域网的网卡为 eth0

  sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o wlo1 -j MASQUERADE
  sudo iptables -A FORWARD -i wlo1 -o eth0 -m state \
      --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
  sudo iptables -A FORWARD -i eth0 -o wlo1 -j ACCEPT
  sudo apt-get install iptables-persistent
  sudo netfilter-persistent save