【网络】Linux 跨机网路通信和本机网路通信

一个报文的产生和发送，都需要硬件和软件的完美配合。

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硬件层面接收到报文之后，做一系列的初始化操作，之后驱动才开始把一个封包封装为skb。

当然这是在x86架构下，如果是在cavium架构下，封包是wqe形式存在。

不管是skb还是wqe，都仅仅是一种手段，一种达到完成报文传输所采用的一种解决方案，一种方法而已。

或许处理方案的具体实现细节差别万千，但是基本的原理，都是殊途同归，万变不离其宗。

skb的产生，让Linux协议栈旅程的开启，具备了最基本的条件，接下来的协议栈之旅，才会更加精彩。

写作本文的原因是现在本机网络 IO 应用非常广。

在 php 中 一般 nginx 和 php-fpm 是通过 127.0.0.1 来进行通信的；

在微服务中，由于 side car 模式的应用，本机网络请求更是越来越多。

所以，如果能深度理解这个问题在各种网络通信应用的技术实践中将非常的有意义。

今天咱们就把 127.0.0.1 本机网络通信相关问题搞搞清楚！

为了方便讨论，我把这个问题拆分成3问：

1）127.0.0.1 本机网络 IO 需要经过网卡吗？

2）和外网网络通信相比，在内核收发流程上有啥差别？

3）使用 127.0.0.1 能比 192.168.x.x 更快吗？

在上面这幅图中，我们看到用户数据被拷贝到内核态，然后经过协议栈处理后进入到了 RingBuffer 中。随后网卡驱动真正将数据发送了出去。当发送完成的时候，是通过硬中断来通知 CPU，然后清理 RingBuffer。

当数据包到达另外一台机器的时候，Linux 数据包的接收过程开始了。

当网卡收到数据以后，CPU发起一个中断，以通知 CPU 有数据到达。

当CPU收到中断请求后，会去调用网络驱动注册的中断处理函数，触发软中断。

ksoftirqd 检测到有软中断请求到达，开始轮询收包，收到后交由各级协议栈处理。

当协议栈处理完并把数据放到接收队列的之后，唤醒用户进程（假设是阻塞方式）。

关于跨机网络通信的理解，可以通俗地用下面这张图来总结一下：

前面，我们看到了跨机时整个网络数据的发送过程 。

在本机网络 IO 的过程中，流程会有一些差别。

为了突出重点，本节将不再介绍整体流程，而是只介绍和跨机逻辑不同的地方。

有差异的地方总共有两个，分别是路由和驱动程序。

对于本机网络 IO 来说，特殊之处在于在 local 路由表中就能找到路由项，对应的设备都将使用 loopback 网卡，也就是我们常见的 lO。

从上述结果可以看出，对于目的是 127.0.0.1 的路由在 local 路由表中就能够找到了。

对于是本机的网络请求，设备将全部都使用 lo 虚拟网卡，接下来的网络层仍然和跨机网络 IO 一样。

本机网络 IO 需要进行 IP 分片吗？

因为和正常的网络层处理过程一样，如果 skb 大于 MTU 的话，仍然会进行分片。

只不过 lo 的 MTU 比 Ethernet 要大很多。

通过 ifconfig 命令就可以查到，普通网卡一般为 1500，而 lO 虚拟接口能有 65535。

为什么我把“驱动”加个引号呢，因为 loopback 是一个纯软件性质的虚拟接口，并没有真正意义上的驱动。

在邻居子系统函数中经过处理，进入到网络设备子系统，只有触发完软中断，发送过程就算是完成了。

在跨机的网络包的接收过程中，需要经过硬中断，然后才能触发软中断。

而在本机的网络 IO 过程中，由于并不真的过网卡，所以网卡实际传输，硬中断就都省去了。直接从软中断开始，送进协议栈。

网络再往后依次是传输层，最后唤醒用户进程，这里就不多展开了。

我们来总结一下本机网络通信的内核执行流程：

回想下跨机网络 IO 的流程：

通过本文的叙述，我们确定地得出结论，不需要经过网卡。即使了把网卡拔了本机网络是否还可以正常使用的。

总的来说，本机网络 IO 和跨机 IO 比较起来，确实是节约了一些开销。发送数据不需要进 RingBuffer 的驱动队列，直接把 skb 传给接收协议栈（经过软中断）。

但是在内核其它组件上可是一点都没少：系统调用、协议栈（传输层、网络层等）、网络设备子系统、邻居子系统整个走了一个遍。连“驱动”程序都走了（虽然对于回环设备来说只是一个纯软件的虚拟出来的东东）。所以即使是本机网络 IO，也别误以为没啥开销。

先说结论：我认为这两种使用方法在性能上没有啥差别。

我觉得有相当大一部分人都会认为访问本机server 的话，用 127.0.0.1 更快。原因是直觉上认为访问 IP 就会经过网卡。

其实内核知道本机上所有的 IP，只要发现目的地址是本机 IP 就可以全走 loopback 回环设备了。

本机其它 IP 和 127.0.0.1 一样，也是不用过物理网卡的，所以访问它们性能开销基本一样！

How SKBs work - Linux kernel

一篇解读Linux网络协议栈

你真的了解127.0.0.1和0.0.0.0的区别？

深入操作系统，彻底搞懂127.0.0.1本机网络通信

Linux常用网络配置命令

一、查看网络配置

确保网络配置的正确性及网络连接的畅通是Linux系统作为服务器应用的基础，查看及测试网络配置是管理Linux网络服务的第一步。

1.ifconfig——查看网络配置

1) 查看所有活动网络接口的信息

执行 ifconfig 或ip addr或ip a命令，都可以显示当前主机中已启用（活动）的网络接口信息。、

2) 查看指定网络接口信息

格式：ifconfig 网络接口名

可以通过TX、RX等信息了解到通过该网络接口发送和接收的数据包个数，流量等跟多属性。

2.hostname命令

在Linux系统中，相当一部分网络服务都会通过主机名来识别本机，如果主机名配置不当，可能会导致程序功能出现故障。

1) 查看主机名

使用hostname命令就可以查看当前主机的主机名，不添加任何选项参数。

2) 临时更改主机名

hostname NewName

注：这种方法只是临时的更改主机名，重启后将失效。

3) 永久更改主机名

a. 修改配置文件

RHEL6和7的配置文件存放路径不相同，修改配置文件中的主机名，重启就可永久更改主机名。

RHEL6主机名配置文件路径为：/etc/sysconfig/network

RHEL7主机名配置文件路径为：/etc/hostname

示例

b. 使用命令修改（这种方法只适用于RHEL7或者CentOS7之后）

命令格式：

使用该命令更改后，更改后的主机名就自动写入了配置文件中，所以可以永久更改主机名，其实就是修改了配置文件。

3.route命令

直接执行route命令可以查看当前主机中的路由表信息，若结合“-n”选项使用，可以将路由记录中的地址显示为数字形式，这可以跳过解析主机名的过程，在路由表条目较多的情况下能够加快执行速度。

Destination列对应的是目标网段的地址，Gateway列对应的是吓一跳路由器的地址，Iface列对应的是发送数据的网络接口。当目标网段为“default”是，表示此行是默认网关记录，当吓一跳为“*”是，表示目标网段是与本机直接相连的。

4.netstat命令——查看系统的网络连接状态等

netstat命令是了解网络状态及排除网络服务故障的有效工具。

常用选项:

-a：显示所有活动连接（包括监听、非监听状态的服务端口）

-n：以数字形式显示

-p：显示相关的进程信息

-t：查看 TCP 协议相关信息

-u：查看UDP协议相关信息

-r：显示路由表信息

-l：显示处于监听（listening）状态的网络连接及端口信息

通常使用“-anput”组合选项，结合管道使用“grep”命令，来查看一些服务的端口是否开启。

示例：

Tcp21为ftp服务的端口

二、测试网络连接

1.ping命令——测试网络连通性

常用选项:

-c完成次数：设置完成要求回应的次数

-i间隔秒数：指定收发信息的间隔时间

-q：不显示指令执行过程，开头和结尾的相关信息除外

-s数据包大小：设置数据包的大小

-t存活数值：设置存活数值TTL的大小

-v：详细显示指令的执行过程

若返回“Destination Host Unreachable”的反馈信息，则表示目标主机不可达，可能目标地址不存在或主机已关闭；返回“Network is unreachable”的反馈信息，则表示没有可用的路由记录（如默认网关），无法到达目标主机所在的网络；返回“Request timeout”的反馈信息，表示与目标主机间的连接超时（数据包缓慢或丢失），若有严格的防火墙限制，也可能返回此信息。

2.traceroute命令——跟踪数据包的路由途径

使用traceroute命令可以测试从当前主机到目的主机之间经过的网络节点，并显示各中间结点的连接状态（响应时间）。对于无法响应的节点，连接状态将显示为“*”。

示例：traceroute IP_ADDR

在网络测试与排错的过程中，通常会先使用ping命令测试与主机的网络连接，如果发现网络有故障，再使用traceroute命令跟踪查看是在哪个中间结点存在故障。

3.nslookup命令——测试DNS域名解析

nslookup是用来测试（DNS）域名解析的专用工具。（DNS服务后面再详细讲解，通俗的说就是将域名解析为ip地址的一个服务）

示例：nslookup

若成功反馈要查询域名的IP地址，则表示域名解析没有问题；若出现“...... no servers could be reached”的信息，表示不能连接到指定的DNS服务器；若出现“...... cant’t find xxx.yyy.zzz:NXDOMAIN”的信息，表示要查询的域名不存在。

三、设置网络地址参数

设置网络参数的方法：

• 临时配置 —— 使用命令调整网络参数简单、快速，可直接修改运行中的网络参数

一般只适合在调试网络的过程中使用

系统重启以后，所做的修改将会失效

• 永久配置 —— 通过配置文件修改网络参数修改各项网络参数的配置文件

适合对服务器设置固定参数时使用

需要重载网络服务或者重启以后才会生效

1.临时配置——使用网络配置命令（注：RHEL6中网络接口的名称为eth，RHEL7中为ens）

1）使用ifconfig命令修改网卡的地址、状态

ifconfig命令不仅可以用于查看网卡配置，还可以修改网卡的ip地址，子网掩码，也可以绑定网络接口、激活或停用网络接口

a. 修改网卡的ip地址（临时修改）

命令格式：

示例：

b. 禁用或者重新激活网卡

命令格式：

示例：

c. 设置虚拟网络接口（相当于一块网卡配置多个IP地址）

命令格式：

示例：

可以根据需要添加更多的虚拟接口，如“eth0:1”“eth0:2”等

2）使用route命令添加、删除静态路由记录

• 删除路由表中的默认网关记录命令格式：route del default gw IP地址

• 向路由表中添加默认网关记录命令格式：route add default gw IP地址

• 添加到指定网段的路由记录命令格式：route add -net 网段地址 gw IP地址

• 删除到指定网段的路由记录命令格式：router del -net 网段地址

2.永久配置——修改网络配置文件

1）网络接口配置文件

网络接口的配置文件默认位于目录“/etc/sysconfig/network-scripts/”中，文件名格式为：“ifcfg-XXX”，其中“XXX”是网络接口的名称。例如：RHEL6中网卡eth0的配置文件是“ifcfg-eth0”，而RHEL7中网卡ens33的配置文件是“ifcfg-ens33”。

在网卡的配置文件中，可以看到静态IP地址的部分内容如下图所示：

上述个配置项的含义及作用：（图示为RHEL6中的配置文件，7中也差不多，换汤不换药，修改的都差不多）

• DEVICE：设置网络接口的名称ONBOOT：设置网络接口是否在Linux系统启动时激活BOOTPROTO：设置网络接口的配置方式，值为static时表示使用静态ip地址，为dhcp时表示通过dhcp的方式动态获取ip地址IPADDR：设置网络接口的ip地址NETMASK：设置网络接口的子网掩码GATEWAY：设置网络接口的默认网关地址2）重启 network 网络服务

当修改了网络接口的配置文件以后，若要使新的配置生效，可以重启network服务或者重启主机或者禁用、启用网络接口。

示例：

• RHEL6中重启network服务：service network restartRHEL7中重启network服务：systemctl restart network注：这是我在做实验时候的一个经验：RHEL6修改完网卡配置重启后，ip地址仍然没有改过来，这时候我们经常会删除“/etc/udev/rules.d/70-persistent-net.rules”这个文件。RHEL7不用管，RHEL7特别好改，RHEL6改的时候特别难受。（个人提示，不求认同）

3）域名解析配置文件

a.指定为本机提供DNS解析的服务器地址

/etc/resolv.conf文件中记录了本机默认使用的DNS服务器的地址信息，对该文件所做的修改将会立刻生效。Linux系统中最多可以指定3个（第3个以后将被忽略）不同的DNS服务器地址，优先使用第1个DNS服务器。

示例：

其中“search localdomain”用来设置默认的搜索域（域名后缀）。例如，当访问主机“localhost”时，就相当于访问“localhost.localdomain”。

b.本地主机映射文件

/etc/hosts文件中记录着一份主机名与ip地址的映射关系表，一般用来保存经常访问的主机信息。当访问一个未知的域名时，先查找该文件中是否有相应的映射记录，如果找不到在去向DNS服务器查询。

hosts 文件和 DNS 服务器的比较

• 默认情况下，系统首先从 hosts 文件查找解析记录hosts 文件只对当前的主机有效hosts 文件可减少 DNS 查询过程，从而加快访问速度

linux常用命令

Linux常用基本命令主要包括目录操作命令、文件操作命令、文件查看命令、磁盘管理命令、用户管理命令、系统管理命令等。

目录操作命令：cd、ls、mkdir、pwd、rmdir。

文件操作命令：cp、mv、touch、rm、grep、find、chmod、chown、chgrp、tar、split、gzip、tee、touch、unzip、zip、unrar、scp。

文件查看命令：cat、head、tail、more、nl、diff。

用户管理命令：useradd、usermod、userdel、passwd、su、groupadd、groupdel。

网络通信命令：netstat、route、ftp、sftp、ping、scp、telnet。

系统管理命令：who、uname、top、ps、kill、ifconfig、free、df、du、time、shutdown、reboot、man、last、halt、date、crontab、getconf。

磁盘管理命令：fdisk、mount、umount、sync。

Linux检测网络连通情况的命令？

在 Linux 中，可以使用 'ping命令会向指定的主机发送 ICMP 回显请求，并接收响应。如果主机响应了请求，则表示与该主机之间的网络连通性良好。

例如，要检测主机 192.168.1.1 的网络连通性，可以使用以下命令：

运行该命令后，系统会向 192.168.1.1 发送 ICMP 回显请求，并在接收到响应后打印输出信息。如果网络连通性良好，则会看到类似于以下信息的输出：

如果网络连通性不佳，则会看到类似于以下信息的输出：

网页标题：关于linux命令网络通信的信息
本文路径：http://ybzwz.com/article/doshgid.html