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作者 = Duncan C Thomson duncan@sciuro.demon.co.uk
主题 = IP 协议, TCP 协议, IP 地址, IP 接口, 路由
TCP/IP，正如其名称所示，是一对协议，也是大多数互联网构建的基础。尽管互联网的物理构成是由各种各样的网络技术组成的，从慢速调制解调器链路到以太网，再到高速基于 ATM 的交换网络，并且在其上运行着各种不同的应用程序 - 仅举两个例子，万维网和电子邮件，但将所有东西联系在一起的协议是互联网协议 (IP)，以及，也许几乎同样重要的，传输控制协议。另一种协议，UDP，在某些应用程序中代替 TCP 使用，尤其是在 LAN 环境中，但在互联网上，TCP/IP 伙伴关系占据主导地位。
图表：各种物理网络，IP，TCP 和 UDP，应用程序
本章首先描述 IP 网络的基本知识，然后描述 Debian 用户可用的 TCP/IP 的一些更高级的功能。
每台直接连接到互联网（或任何基于 IP 的网络）的计算机都由一个 IP 地址标识。IP 地址是四个字节长，通常写成由点分隔的四个十进制数字，如下例所示。
10.34.92.111
127.0.0.1
172.19.220.2
192.168.50.109
IP 地址通常标识两件事。首先，它们标识特定计算机所在的网络。其次，它们标识该网络上的特定计算机。这两个信息都存在于 IP 地址中，它们可以被称为网络部分和主机部分。这里应该提到主机部分的两个特殊值 - 如果主机部分全部为零，则地址指的是网络（即它是网络地址而不是主机地址）。或者，如果主机部分全部为一，则地址指的是网络上的所有主机（即它是广播地址）。
为了识别 IP 地址的哪一部分是主机部分，哪一部分是网络部分，我们可以使用两种方法。第一种（也是最初的）方法更容易理解，所以让我们先来看看它是如何工作的。IP 地址被分成许多类，正是这个类告诉我们如何将 IP 地址分成网络部分和主机部分。
A 类 IP 地址的第一个字节是一个介于 1 和 126 之间的数字。A 类 IP 地址的第一个字节标识网络，其余三个字节标识主机。
B 类 IP 地址的第一个字节是一个介于 128 和 191 之间的数字。它的前两个字节是网络标识符，其余两个字节是该网络上的主机标识符。
C 类 IP 地址的第一个字节是一个介于 192 和 223 之间的数字。它的前三个字节标识网络，其余字节标识该网络上的单个主机。
从上面的列表中，您可能会注意到以 224 及以上的字节开头的 IP 地址缺失了。这些属于其他类别的 IP 地址，不用于正常的 IP 主机，并且超出了本节的讨论范围。
您可能还会注意到以 127 开头的 IP 地址缺失了。以 127 开头的 IP 地址被称为环回地址，可以用于在没有实际网络连接的情况下测试 TCP/IP。
这一切都很好，但是如果我们已经被分配了一个 C 类地址范围，但想要将其拆分到多个网络中怎么办？这就是可以使用第二种指定网络和主机部分的方法的地方。这种方法与 IP 地址一起指定一个子网掩码，它在网络部分将其位设置为一，并在主机部分将其位设置为零。因此，例如，各种网络类别的默认子网掩码如下
255.0.0.0
255.255.0.0
255.255.255.0
这些并没有给我们提供超出原始地址类别告诉我们的任何新信息。然而，使用子网掩码的强大之处在于，我们可以选择网络部分和主机部分之间的任意分割 - 例如，子网掩码 255.255.255.192 将允许我们将一个 C 类网络分成四个部分，每个部分有 62 个主机地址。困惑了吗？让我们更详细地看看这个例子。
假设我们已经被分配了一个以 192.168.50 开头的 C 类网络。如果我们将子网掩码 255.255.255.192 转换为二进制，我们可以看到在最后一个字节中，前两位是一（即，它们包含在地址的网络部分中），最后六位是零（即，它们构成主机部分）。因此，通过使用我们被赋予的 IP 地址，以及这个子网掩码，我们将我们的网络分成了四个，网络地址通过将这两位设置为它们的四种可能的组合 (00, 01, 10, 11) 同时保持主机部分设置为零（以标识网络）来给出
192.168.50.0
192.168.50.64
192.168.50.128
192.168.50.192
现在我们知道我们的四个网络地址来自哪里了。那么我们的主机地址呢？它们来自将每个子网中的主机部分设置为从 000001 到 111110 的所有值（记住 - 全为一是一个广播地址）。这为我们提供了每个网络总共 62 个主机，地址为
192.168.50.1 - 192.168.50.62
192.168.50.65 - 192.168.50.126
192.168.50.129 - 192.168.50.190
192.168.50.193 - 192.168.50.254
在 Linux 中，如果我们没有提及我们正在使用的子网掩码，软件通常会假定我们想要使用该特定类别的 IP 地址的默认子网掩码。只有当您使用非特定类别的 IP 地址的标准方案的子网掩码时，您才需要指定子网掩码。不过，指定它永远不会有任何坏处。
每个 IP 地址在互联网或您连接的任何 IP 网络上都应该是唯一的。这意味着您不能随机地将 IP 地址分配给您的机器，因为大多数 IP 地址已经在互联网上使用。为了为您的机器获得一组合法的 IP 地址，您通常会通过互联网服务提供商 (ISP)。如果您没有被分配这样的地址范围，您应该使用一组为互联网或测试使用而预留的私有 IP 地址。请注意，您将无法直接从这样的网络连接到互联网；您需要使用某种形式的网络地址转换 (NAT) 来做到这一点。为私有使用而预留的 IP 地址范围是
10.0.0.0：单个 A 类网络
172.16.0.0 - 172.31.0.0：16 个 B 类网络
192.168.0.0 - 192.168.255.0：256 个 C 类网络
一旦我们知道我们希望为我们的机器使用哪个 IP 地址，我们将不得不启动我们的一个网络接口，并将该 IP 地址（可能连同子网掩码）分配给它。在大多数 Debian 系统上，这是在安装系统时完成的，并且在简单的系统上您很少需要更改它。
ifconfig 命令用于配置接口以便将 IP 与它们一起使用。Linux 内核提供了许多不同的网络接口，其中一些总结如下
环回接口 (lo)，通常配置为 IP 地址 127.0.0.1
以太网接口（名称如 eth0、eth1、eth2）用于访问以太网卡
PPP 代表点对点协议，用于在任何类型的串行线路（空调制解调器、调制解调器、ISDN）上运行各种网络协议，包括 IP。它们的名称如 ppp0、ppp1
令牌环设备使用设备名称如 tr0、tr1 访问
虚拟网络驱动程序用于具有并非总是使用的接口的系统，以便为相关地址提供永久 IP 接口。设备名称是 dummy，或 dummy0、dummy1 等
还有各种各样的其他网络设备可用，包括 SLIP、PLIP（串行和并行线路 IP）、用于控制某些接口上的流量的“shaper”设备、在单个设备上拥有多个 IP 地址的能力，以及帧中继、AX.25、X.25、ARCnet、LocalTalk 等。但是，在这里，我们将专注于最常见的接口之一 - 以太网接口。
在许多情况下，如果您希望您的内核自动加载某些设备驱动程序的模块，您可能需要更改您的 /etc/conf.modules 或 /etc/modules 文件。例如，要自动加载 NE2000 驱动程序，您可以有以下行
alias eth0 ne
在您的 /etc/conf.modules 文件中。
调用 ifconfig 的最简单方法是简单地键入其名称
# /sbin/ifconfig
lo Link encap:Local Loopback
inet addr:127.0.0.1 Bcast:127.255.255.255 Mask:255.0.0.0
UP BROADCAST LOOPBACK RUNNING MTU:3584 Metric:1
RX packets:18584 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:18584 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
Collisions:0
这只是返回有关当前配置的接口的信息。如果我们现在希望启动一个地址为 192.168.50.23 的以太网接口，我们将在 ifconfig 的命令行上指定接口名称和 IP 地址
# /sbin/ifconfig eth0 192.168.50.23
# /sbin/ifconfig
lo Link encap:Local Loopback
inet addr:127.0.0.1 Bcast:127.255.255.255 Mask:255.0.0.0
UP BROADCAST LOOPBACK RUNNING MTU:3584 Metric:1
RX packets:18584 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:18584 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
Collisions:0
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:00:E8:C5:64:2A
inet addr:192.168.50.23 Bcast:192.168.50.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:55 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:5 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
Collisions:7
Interrupt:10 Base address:0x300
从示例中可以看出，ifconfig 现在提供了有关新接口的信息，包括子网掩码、网络统计信息以及有关网络驱动程序本身的信息。ifconfig 还允许在配置接口时指定子网掩码，例如
# /sbin/ifconfig eth0 192.168.50.23 netmask 255.255.255.192
最后，要关闭接口，请使用以下 ifconfig 调用
# /sbin/ifconfig eth0 down
有关 ifconfig 可用选项的完整信息，请参阅手册页 - ifconfig(8)。
如果您在安装 Debian GNU/Linux 时设置了机器上的 IP 寻址，您应该会发现 ifconfig 命令在启动时自动运行。这是从文件 /etc/init.d/network 完成的。查看此文件应该会显示许多类似于以下行的行
IPADDR=192.168.50.23
NETMASK=255.255.255.0
BROADCAST=192.168.50.255
ifconfig eth0 ${IPADDR} netmask ${NETMASK} broadcast ${BROADCAST}
这是以太网接口设置发生的地方。在这些行之上，您应该看到一行设置环回接口，并且您应该看到许多行似乎运行一个名为 route 的命令。这个程序及其功能是下一节的主题。
一旦 IP 接口被设置好，就有必要告诉 Linux 内核将 IP 信息发送到 IP 网络上各种机器的位置。内核保存一个表，称为路由表，其中列出了许多主机或网络地址，以及有关如何将 IP 数据包发送到这些目的地的信息。
route 命令用于检查或更新此表。如果只配置了您的环回接口，则单独使用此命令通常会给出看起来类似于以下内容的输出
# /sbin/route
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
127.0.0.0 * 255.0.0.0 U 0 0 2 lo
这表示任何针对标识为“127”的网络的流量都应该通过环回接口 (lo) 路由。“genmask”列以类似于子网掩码的方式指定，此特定路由表条目应该用于匹配任何以数字 127 开头的 IP 地址，无论其余部分是什么。
如果我们的机器连接到以太网网络，那么通常我们会希望确保内核路由表知道如何将信息发送到此网络。假设我们将我们的机器设置为 192.168.50.23，并使用默认的 C 类子网掩码，以下命令将为我们的本地网络添加路由表条目
# /sbin/route add -net 192.168.50.0
# /sbin/route
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
127.0.0.0 * 255.0.0.0 U 0 0 2 lo
192.168.50.0 * 255.255.255.0 U 0 0 137 eth0
这告诉内核，任何以 192.168.50 开头的 IP 地址都在我们的本地以太网网络上，并且它们应该通过“eth0”接口路由。如果您使用非标准子网掩码，则可以将其指定为 route 命令的命令行选项
/sbin/route add -net 192.158.50.0 netmask 255.255.255.192
如果我们的 TCP/IP 网络仅由单个网络组成，并且未连接到其他任何地方，则像上面这样的命令就足够了。然而，TCP/IP 的优势在于其互联网工作能力，并且通常基于 IP 的网络由多个网络组成。为了将 IP 数据包从您的机器路由到这些其他网络，您需要指定网关主机（通常称为路由器），它们负责将信息发送到这些其他网络。总的来说，有两种可能性。
第一种可能性是我们想要将 IP 数据包路由到特定网络，并且我们知道处理该网络信息的网关主机或路由器的地址。例如，假设我们的网络上有一台机器 192.168.50.1，它是网络 172.20.0.0（一个 B 类网络）的路由器。route 命令的以下选项指定了这一点
# route add -net 172.20.0.0 gw 192.168.50.1
由于我们的路由表已经包含一个条目，告诉我们如何将信息发送到 192.168.50.1（它在我们的本地网络上），因此任何针对远程网络 172.20.0.0 的流量现在都会发送到该机器，该机器会适当地处理它。
另一种可能性是我们使用某个网关作为默认路由 - 用于所有与我们的路由表中的其他规则不匹配的 IP 数据包的路由。例如，如果 IP 地址为 192.168.50.254 的机器是我们的通往世界其他地方（例如互联网）的路由器，我们使用 route 命令如下
# /sbin/route add default gw 192.168.23.254
在这个阶段，让我们再次看一下我们的路由表
# /sbin/route
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
127.0.0.0 * 255.0.0.0 U 0 0 2 lo
192.168.50.0 * 255.255.255.0 U 0 0 137 eth0
172.20.0.0 192.168.50.1 255.255.0.0 UG 1 0 7 eth0
default 192.168.50.254 0.0.0.0 UG 1 0 36 eth0
逐行浏览上面的表格
我们首先为所有 127.*.*.* 地址指定一个环回地址
接下来，我们指定如何到达我们本地网络上的所有机器，标识为 192.168.50.*
接下来，我们给出通往连接到机器 192.168.50.1 的网络 (172.20.*.*) 上所有机器的路由，192.168.50.1 是该网络的路由器（或网关）
最后，我们指定机器 192.168.50.254 将处理所有其他 IP 流量
现在，我们不会查看各种“flags”、“metric”和“ref”条目的含义。
让我们再次看看典型的 /etc/init.d/network 文件，它是在典型的以太网连接机器上由 Debian 的安装程序设置的
#! /bin/sh
ifconfig lo 127.0.0.1
route add -net 127.0.0.0
IPADDR=192.168.50.23
NETMASK=255.255.255.0
NETWORK=192.168.50.0
BROADCAST=192.168.50.255
GATEWAY=192.168.50.254
ifconfig eth0 ${IPADDR} netmask ${NETMASK} broadcast ${BROADCAST}
route add -net ${NETWORK}
[ "${GATEWAY}" ] && route add default gw ${GATEWAY} metric 1
这个 shell 脚本的前两行设置环回接口，并为其添加一个路由表条目。随后的变量设置我们机器的 IP 地址、子网掩码、本地网络的地址、广播地址和默认路由器的 IP 地址。最后，我们的本地以太网接口通过 ifconfig 设置，并且两次调用 route 命令首先为本地网络添加路由表条目，其次为我们的默认网关添加路由表条目。
您很可能会发现来自 route 命令的输出中的地址（网络地址和机器地址）不是以 IP 地址形式出现，而是以名称形式出现。网络名称可以在 /etc/networks 文件中设置（该文件通常在安装时由 Debian 的网络设置例程设置），并且主机名称可以来自各种机器，包括 /etc/hosts 文件和域名服务 (DNS)。现在让我们看看 DNS 是什么以及它做什么。
每台连接到互联网或任何使用 IP 作为其网络协议的网络的计算机都有一个 IP 地址，以便信息能够正确地路由到它和从它路由。然而，IP 地址对于人类来说有点难以记住，因此，每台机器通常也会被赋予一个名称。当您安装 Debian 时，这是您将被问到的问题之一 - 您的计算机的名称是什么。
您的计算机的名称将存储在几个位置。您可以通过键入 hostname 命令来查找您的计算机的名称，该命令返回文件 /etc/hostname 中的值。如果您连接到互联网，此名称通常会有几个部分，彼此之间用点分隔，例如
debian.anon.com
只有其中的第一部分是您自己的计算机的名称 - 其余部分被称为域名 - 这是 anon.com 部分。由于互联网上可能有几台具有相同名称的计算机，因此每台计算机都通过将其放在自己的域中来使其唯一。在一个域内，通常有一个人负责给出计算机名称，并管理一个数据库，该数据库保存该域中所有计算机的名称和地址。此系统称为 DNS，就像电话簿一样 - 您可以按名称查找计算机，并找出其 IP 地址。
在 DNS 之前，人们必须记住 IP 地址才能使用互联网，并且名称仅对一小部分机器已知 - 通常是本地网络中的机器，以及可能一两台永久连接到我们站点的机器。这些名称存储在一个文件中 - /etc/hosts - 您通常会发现当安装 Debian 时，您自己的机器名称和 IP 地址已被添加到该文件中。
DNS 是一个相当复杂的系统，我们稍后将更详细地研究它，以及允许您管理自己的 DNS 域的软件 (bind)。
但是，在这里，我们将从客户端的角度 - 即，从只需要在 DNS 中查找机器而不是必须提供 DNS 服务的机器的角度 - 来看看 DNS 是如何工作的。
当 Debian 机器需要查找另一台计算机的名称以找出其 IP 地址时，它会使用 C 库中的一组例程，称为解析器。反过来，解析器例程首先查阅文件 /etc/nsswitch.conf，该文件针对 hosts 的条目将列出解析器应检查以找出 IP 地址的位置。这里有三个可能的条目，如果其中存在多个条目，则解析器将按顺序检查每个条目。这些条目是
检查文件 /etc/hosts 中是否有特定主机名的条目
检查 NIS 数据库（我们稍后将研究）中是否有主机名
检查域名服务
/etc/nsswitch 中的典型条目可能是
hosts: files dns
这告诉解析器首先检查文件 /etc/hosts，然后查询 DNS。
DNS 由文件 /etc/resolv.conf 配置。此文件通常指定两件事 - 首先，我们的机器所在的域，其次，一些要询问信息的名称服务器。一个例子是
domain anon.org
nameserver 172.19.0.1
nameserver 172.19.5.1
第一行告诉解析器库，如果我们请求一台机器并且没有指定域名，它应该附加 anon.org - 即解析器，假设机器在我们自己的域中，应该搜索它。以 nameserver 开头的两行指定我们应该使用 DNS 查询的机器的 IP 地址。由于显而易见的原因，这些应该始终是 IP 地址 - 而不是名称。
大多数网络实用程序会在您指定名称时自动查找机器的 IP 地址，但是如果您想直接查询 DNS，dnsutils 软件包包含一个名为 nslookup 的程序。nslookup 可以一次性使用，方法是给出您正在搜索的机器的名称，可能还带有命令行参数，也可以交互式使用，只需单独键入 nslookup 即可。交互式模式允许进行多次搜索，并提供一些有限的帮助。
nslookup，以及其他查询 DNS 的程序以及提供 DNS 服务的软件，都将在稍后更详细地描述。
有关 DNS 的更多信息，请参阅 DNS/BIND，第 8 章。
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Debian GNU/Linux 网络管理员手册 (过时文档)
本手册自 2000 年起已过时且已弃用，请参阅 http://www.debian.org/doc/user-manuals#quick-referenceardo.van.rangelrooij@tip.nlolly@lfix.co.ukrkrusty@debian.orgduncan@sciuro.demon.co.uk