[网络协议] 网络基础及Linux链路聚合实现

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[网络协议]网络基础及Linux链路聚合实现

OSI七层模型和TCP/IP五层模型

OSI模型与TCP/IP模型对比

请添加图片描述

各层简介

应用层（Application Layer）

功能：负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，是计算机用户及各种应用程序和网络之间的接口，直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作
常见协议：FTP、HTTP、Telnet、SSH、SMTP等

表示层（Presentation Layer）

功能：对数据进行转换，使数据适合传输或与接收者的系统格式兼容，即处理用户信息的表示问题，如编码、数据格式转换和加密解密

会话层（Session Layer）

功能：在计算机的通信应用程序之间建立并管理会话

传输层（Transport Layer）

功能：提供建立、维护和拆除传输连接的功能，并具有复用、分用会话的功能。传输层在网络层的基础上为高层提供”面向连接”和“面向无连接”的两种服务，提供错误控制和数据流控制
常见协议：TCP、UDP

网络层（Network Layer）

功能：提供独立于硬件的逻辑寻址和路由
常见协议：IP、ICMP、RIP

数据链路层（Data Link Layer）

功能：物理寻址，分为两个子层：逻辑链路控制（logical link control，LLC）子层和介质访问控制（Media access control，MAC）子层

MAC子层的主要任务是解决共享型网络中多用户对信道竞争的问题，完成网络介质的访问控制

LLC子层的主要任务是建立和维护网络连接，执行差错校验、流量控制和链路控制
常见协议：ARP、RARP

物理层（Physical Layer）

功能：实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异

TCP三次握手四次挥手

三次握手

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第一次握手

Client向Server发送连接请求报文，报文中标志位SYN=1（表示要发起一个连接），且随机产生一个值seq=N；Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认

第二次握手

Server收到Client发来的请求报文，由请求报文SYN=1得知Client请求建立连接，回复一个确认报文，报文中标志位SYN=1，ACK=1，确认序号ack=N+1（表示回复请求），随机产生一个值seq=M；Server进入SYN_RCVD状态

第三次握手

Client收到Server回复的确认报文后，检查确认序号ack是否为N+1，标志位ACK是否为1，如果正确，则给Server回复一个确认报文，报文中ACK=1，ack=M+1，并进入ESTABLISHED状态；Server收到该确认报文后，检查确认序号ack是否为M+1，标志位ACK是否为1，如果正确，Server进入ESTABLISHED状态；至此，三次握手完成，连接建立成功，开始传输数据

四次挥手

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第一次挥手

Client停止发送数据，发出连接释放请求报文，释放数据的报文首部中，标志位FIN=1，序列号seq=P（发送数据的最后一个报文的序号+1），此时，Client进入FIN-WAIT-1状态（终止等待1状态）

第二次挥手

Server收到Client发来的连接释放请求后，发送一个确认报文，报文首部标志位ACK=1，确认序号ack=P+1，此时Server进入CLOSE-WAIT状态（关闭等待状态），继续发送未发送完的数据；

Client收到Server的确认报文后，检查标志位ACK是否为1，ack是否为P+1，确认无误后进入FIN-WAIT-2状态（终止等待2状态），等待服务器发送连接释放报文，在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据

第三次挥手

Server发送完数据后，向Client发送连接释放请求报文，报文首部标志位FIN=1，ACK=1，确认序号ack=P+1（对Client连接释放请求的确认），序号seq=Q（发送数据的最后一个报文的序号+1）,然后Server进入LAST-ACK状态（最后确认状态），等待客户端的确认

第四次挥手

Client收到Server的连接释放请求后，检查标志位ACK是否为1，ack是否为P+1，确认无误后返回确认报文，报文首部标志位ACK=1，确认序号ack=Q+1，然后进入TIME-WAIT状态（时间等待状态），该状态会持续 2MSL（2倍最大报文段生存时间），随后进入CLOSED 状态

Server收到Client的确认后，检查标志位标志位ACK是否为1，确认序号ack是否为Q+1，随后进入CLOSED状态

常见问题

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能还有数据需要发送，并不能立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四次挥手

TCP和UDP区别

	TCP	UDP
是否连接	面向连接	面向无连接
是否可靠	可靠（流量控制、拥塞控制）	不可靠
首部开销	首部开销最小20字节，最大60字节	首部开销8字节
应用场景	要求可靠传输的应用	对实时性要求较高的应用

网卡绑定bond

bond简介

bonding是一种Linux系统下的网卡绑定技术，可以把服务器上n个物理网卡在系统内部抽象（绑定）成一个逻辑上的网卡，能够提升网络吞吐量、实现网络冗余、负载等功能；bond支持7种模式，如下

mode=0，(balance-rr) Round-robin policy（平衡轮循环策略）

传输的数据包按顺序依次送达各个网络接口
mode=1，(active-backup) Active -backup policy（主-备份策略）

提高了网络可靠性，但资源利用率较低，同时只有一个网络接口在工作中
mode=2，(balance-xor) XOR policy（平衡策略）

基于指定的传输HASH策略传输数据包，缺省策略为：(源MAC地址 XOR 目标MAC地址) % slave数量；提供可靠性同时提高了网络带宽
mode=3，(broadcast)（广播策略）

在每个slave接口上传输每个数据包，此模式提供可靠性
mode=4，(802.3ad) IEEE 802.3ad Dynamic link aggregation（IEEE 802.3ad 动态链接聚合）

根据802.3ad协议策略分发流量，即LACP模式
mode=5，(balance-tlb) Adaptive transmit load balancing（适配器传输负载均衡）

在每个slave上根据当前的负载（根据速度计算）分配外出流量。如果正在接受数据的slave出故障了，另一个slave接管失败的slave的MAC地址
mode=6，(balance-alb) Adaptive load balancing（适配器适应性负载均衡）

根据ARP对流量分发，与mode=0区别在于，mode=0的所有网口流量较均衡，而mode=6先把eth0流量占满，再占eth1，….ethX；通常一个流量很高，其余流量很低

模式与交换机配置对应关系

网卡绑定模式	网卡绑定对应策略	是否增加带宽	交换机对接方式
mode=0	balance-rr	是，均衡	配置手工模式链路聚合
mode=1	active-backup	无	配置对接接口属于同一个VLAN
mode=2	balance-xor	是，由策略决定	配置手工模式链路聚合
mode=3	broadcast	无	建议每个端口分别连接一个交换机，且属于不同VLAN
mode=4	802.3ad	是，由策略决定	配置LACP模式链路聚合
mode=5	balance-tlb	是，均衡	无需配置，建议每个端口分别连接一个交换机
mode=6	balance-alb	是，不均衡	无需配置，建议每个端口分别连接一个交换机

CentOS 7 网卡绑定bond0的实现

准备一台有两个网卡的CentOS 7虚拟机

[root@alita ~]# nmcli d
DEVICE  TYPE      STATE      CONNECTION         
ens33   ethernet  connected  Wired connection 1 
ens37   ethernet  connected  Wired connection 2 
lo      loopback  unmanaged  --

手动修改配置文件方式

# 配置bond接口
[root@alita ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0
DEVICE=bond0
NAME=bond0
TYPE=Ethernet
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.1.171
PREFIX=24
GATEWAY=192.168.1.254
DNS1=114.114.114.114
BONDING_MASTER=yes
BONDING_OPTS="mode=0 miimon=100"

# TYPE=Ethernet 或者 TYPE=bond 均可


# 配置两个slave接口
[root@alita ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
NAME=ens33
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
MASTER=bond0
SLAVE=yes

[root@alita ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens37
TYPE=Ethernet
NAME=ens37
DEVICE=ens37
ONBOOT=yes
MASTER=bond0
SLAVE=yes


# 重启网卡
[root@alita ~]# systemctl restart network

# 查看bond状态
[root@alita ~]# cat /proc/net/bonding/bond0
Ethernet Channel Bonding Driver: v3.7.1 (April 27, 2011)

Bonding Mode: load balancing (round-robin)
MII Status: up
MII Polling Interval (ms): 100
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: ens33
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:2c:c8:f1
Slave queue ID: 0

Slave Interface: ens37
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:2c:c8:fb
Slave queue ID: 0

nmcli方式

# 确认NetworkManager已经开启
[root@alita ~]# systemctl status NetworkManager

# 查看网络接口
[root@alita ~]# nmcli c show
NAME                UUID                                  TYPE      DEVICE 
Wired connection 1  a65e0174-abff-3780-97f9-e29b4face1de  ethernet  ens33  
Wired connection 2  23b9b66c-930a-331e-a0b9-1c7876ee30ee  ethernet  ens37  

# 使用nmcli创建bond接口，并配置IP、网关、DNS等信息
[root@alita ~]# nmcli c add type bond con-name bond-bond0 ifname bond0 mode 0 ipv4.addresses 192.168.1.171/24 ipv4.method manual connection.autoconnect yes ipv4.dns 114.114.114.114 ipv4.gateway 192.168.1.254


# 使用nmcli创建slave接口
[root@alita ~]# nmcli con add type bond-slave ifname ens33 master bond0
[root@alita ~]# nmcli con add type bond-slave ifname ens37 master bond0


# 查看网络接口
[root@alita ~]# nmcli c show
NAME                UUID                                  TYPE      DEVICE 
Wired connection 1  a65e0174-abff-3780-97f9-e29b4face1de  ethernet  ens33  
Wired connection 2  23b9b66c-930a-331e-a0b9-1c7876ee30ee  ethernet  ens37  
bond-bond0          b4d44cad-9cda-47d5-a305-39b951305430  bond      bond0  
bond-slave-ens33    53a8088a-4962-4d99-98f5-5c87ff0d8a84  ethernet  --     
bond-slave-ens37    8bd77b2d-5f41-4189-bec9-126484a87319  ethernet  --   

# 启动从属接口
[root@alita ~]# nmcli c up bond-slave-ens33
[root@alita ~]# nmcli c up bond-slave-ens37 

# 启动绑定接口
[root@alita ~]# nmcli c up bond-bond0



# 查看bond0的IP地址
[root@alita ~]# nmcli c show bond-bond0 | grep ipv4
ipv4.method:                            manual
ipv4.dns:                               114.114.114.114
ipv4.dns-search:                        --
ipv4.dns-options:                       ""
ipv4.dns-priority:                      0
ipv4.addresses:                         192.168.1.171/24
ipv4.gateway:                           192.168.1.254
ipv4.routes:                            --
ipv4.route-metric:                      -1
ipv4.route-table:                       0 (unspec)
ipv4.routing-rules:                     --
ipv4.ignore-auto-routes:                no
ipv4.ignore-auto-dns:                   no
ipv4.dhcp-client-id:                    --
ipv4.dhcp-timeout:                      0 (default)
ipv4.dhcp-send-hostname:                yes
ipv4.dhcp-hostname:                     --
ipv4.dhcp-fqdn:                         --
ipv4.never-default:                     no
ipv4.may-fail:                          yes
ipv4.dad-timeout:                       -1 (default)



# 查看当前bond0配置
[root@alita ~]# cat /proc/net/bonding/bond0 
Ethernet Channel Bonding Driver: v3.7.1 (April 27, 2011)

Bonding Mode: load balancing (round-robin)
MII Status: up
MII Polling Interval (ms): 100
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: ens33
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:2c:c8:f1
Slave queue ID: 0

Slave Interface: ens37
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:2c:c8:fb
Slave queue ID: 0