网络互连模型

主要就是值得 OSI 参考模型与 TCP/IP 五层模型：

下面再来一张详细点的（来源于科来网络）：

网络命令

目前，我们常用的网络相关的命令有两大类：net-tools 和 iproute2。其中，net-tools 是前辈，iproute2 则是后起之秀。作为网络配置工具的一份子，iproute2 的出现旨在从功能上取代 net-tools。同时，一些 Linux 发行版比如 Arch Linux 和 CentOS/RHEL 7 则已经完全抛弃了 net-tools，只支持 iproute2。下图列举了一个两者功能对比：

此外，在我们查阅一些命令的说明文档或者看某些 Linux 书的时候，常会看到 ifconfig(8)、conect(2)、select(2) 等等这样的写法。后面的这个括号及数字其实 man 手册的标准要求（表示 man 的章节号）。不同的数字表示命令的类型。使用 man man 可以进行查看：

1：可执行程序或者 shell 命令。又叫用户命令，可由任何人使用
2：系统调用，即由内核提供的函数
3：库函数
4：设备及特殊文件（/dev目录下）
5：文件格式描述，例如 /etc/passwd
6：游戏等
7：杂项，例如宏命令包、惯例等
8：系统管理员工具，只能由 root 启动
9：内核例程，用来存放内核例行程序的文档。
n：新文档，可能要移到更适合的领域。
o：老文档，可能会在一段期限内保留。
l：本地文档，与本特定系统有关的。

在使用 man 查询这些命令的时候, 可以用下面这样的格式：$man 数字命令。例如 : $man 1 kill 表示命令kill 、$man 2 kill 表示系统调用 kill。

这些编号的历史可以追溯到 1971 年 Thompson 和 Ritchie 编写的 Unix Programmer’s Manual （Unix 程序员手册），如今来看，其已经有了一些变化。如下是部分截图：

在实际使用中还会有一些非标准的编号：

net-tools

net-tools 起源于 BSD 的 TCP/IP 工具箱，后来成为老版本 Linux 内核中配置网络功能的工具。但自 2001年起，Linux社区已经对其停止维护。 net-tools 通过 procfs(/proc) 和 ioctl 系统调用去访问和改变内核网络配置。这套工具主要包括：arp、hostname、ifconfig、ipmaddr、iptunnel、mii-tool、nameif、netstat、plipconfig、rarp、route、slattach。

目前，我们可以从 https://sourceforge.net/projects/net-tools/ 获取到源代码。

mii-tool

mii-tool 是配置网络设备协商方式的工具。它一个较老的程序，执行与 ethtool 类似的功能。从 2003 年开始，被认为是过时的，并被 ethtool 取代。下图是 mii-tool 的用法及参数说明：

iproute2

iproute2 是一个使用 GPLv2 协议开源的开源软件，源代码可以通过 Github 或者 kernel.org gitweb 来查看及获取。对应的官方网站介绍是：https://wiki.linuxfoundation.org/networking/iproute2。根据官网介绍，iproute2 原作者是 Alexey Kuznetsov，目前由 Stephen Hemminger 维护。

iproute2 就是通过 netlink 套接字接口与内核通讯的一些列小工具的集合。这些工具包括：arpd、bridge、ctstat、dcb、devlink、ip、lnstat、nstat、rdma、routef、routel、rtacct、rtmon、rtstat、ss、tc、tipc。其中的核心就是 ip 这个命令。

ethtool

ethtool 用于查看和修改网络设备（尤其是有线以太网设备）的驱动参数和硬件设置。可以根据需要更改以太网卡的参数，包括自动协商、速度、双工和局域网唤醒等参数。默认情况下，大多数系统上应该已经安装了 ethtool。如果没有，可以从发行版的官方版本库中安装。

不同的发行版安装命令不同。例如，对于基于 Debian 的系统，使用 apt 命令或 apt-get 命令安装：sudo apt-get install ethtool。

了解众多 Linux发行版参考：Linux 之五最新 2021 一图看尽 Linux 发行版

ethtool 的源代码可以从 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/network/ethtool/ 获取

ethtool 由内核空间和用户空间两部分，一个是 Linux 内核中的 API，NIC 的驱动程序软件可以使用该 API 发送和接收参数，另一个是基于 Linux SIOCETHTOOL Ioctl 机制的用户空间 API，应用程序程序可以使用该 API 与内核通信以发送和接收 NIC 和 NIC 驱动程序参数。下图是 ethtool 在 Linux 中的实现框架：

ethtool 的命令的基本格式是：ethtool [选项] 网络接口名。其中，[选项] 是可选的。要配置网络接口，首先就需要检查 Linux 上的可用网络接口，这里就可以上面我们介绍的命令（ip 或 ifconfig）来实现。如下图所示：

旧的 Linux 发行版通常使用的是 eth[X] 格式。例如，RHEL 6 和它们的旧版本。现代的 Linux 发行版使用 enp[XXX] 或 ens[XXX] 格式。例如， RHEL 7、Debian 10、Ubuntu 16.04 等大多数现代 Linux 发行版都使用这种格式。

获取了网络接口名字之后，重点就是 ethtool 的各个选项的含义了。ethtool 的选项非常多，下面我列出了一些常用的参数以及在我的系统上的一些示例：

无：当不使用任何参数的时候，默认将列出指定网络接口的配置信息。
-a：查看网卡中接收模块 RX、发送模块 TX 和 Autonegotiate 模块的状态：启动 on 或停用 off。
-A：修改网卡中接收模块 RX、发送模块 TX 和 Autonegotiate 模块的状态：启动 on 或停用 off。
-c：显示指定以太网卡的 Coalesce 信息
-C：更改指定以太网卡的 Coalesce 设置
-g：显示指定以太网卡的 RX/TX 环参数信息
-G：更改指定以太网卡的 RX/TX 环设置。
-i：显示网卡驱动的信息，如驱动的名称、版本等。
-d：显示 register dump 信息, 部分网卡驱动不支持该选项。
-e：显示 EEPROM dump 信息，部分网卡驱动不支持该选项。
-E：修改网卡 EEPROM byte。
-k：显示网卡 Offload 参数的状态：on 或 off，包括rx-checksumming、tx-checksumming等。
-K：修改网卡 Offload 参数的状态。
-p：用于区别不同网卡名字对应网卡的物理位置，常用的方法是使网卡 port 上的 led 不断的闪；N 指示了网卡闪的持续时间，以秒为单位。
-r：如果 auto-negotiation 模块的状态为 on，则 restarts auto-negotiation。
-S：显示 NIC（Network Interface Card）- and driver-specific 的统计参数，如网卡接收/发送的字节数、接收/发送的广播包个数等。
-t：让网卡执行自我检测，有两种模式：offline or online。
-s：修改网卡的部分配置，包括网卡速度、单工/全双工模式、mac 地址等。

在系统重启后，你使用 ethtool 所做的更改将被默认恢复。要使自定义设置永久化，需要更新网络配置文件中的值。根据不同的 Linux 发行版，需要将修改的值更新到正确的文件中。

分析与调试

pcap

pcap 是用于捕获网络流量的应用程序编程接口。类 Unix 系统在 libpcap 库中实现 pcap，对于 Windows，有一个名为 WinPcap（已不在维护），后来有人在此基础上开发了 Win10Pcap，也没再更新过，还有一个名为 Npcap，目前用的比较多。

WinPcap： WinPcap是一个用于 Win32 平台的包捕获和网络分析的开源库。官网是 https://www.winpcap.org/，官网上有详细的文档。
在 2013 年 3 月 8 日发布 4.1.3 版本之后就再也没有更新过，下载地址：https://www.winpcap.org/install/default.htm。其源代码可以在如下地址下载到 https://www.winpcap.org/devel.htm
Win10Pcap： Win10Pcap 与 WinPcap 完全兼容（安装后的 dll 同名（wpcap.dll、Packet.dll）），官网是 http://www.win10pcap.org/，根据官网介绍，Win10Pcap 是基于 NDIS（Network Driver Interface Specification） 6.x 驱动模型实现的，以更好的工作在 Windows 10 系统，而 WinPcap 是基于 NDIS 5.x 驱动模型的。
在 2015 年 10 月 8 日发布了 10.2.5002 版本之后就再也没有更新，下载地址：http://www.win10pcap.org/download/。源代码托管于 Github。根据官网介绍，这就是一个个人改进的小众版本，估计后续也不怎么更新了！

网络驱动程序接口规范（Network Driver Interface Specification，NDIS）是微软所提供的网络接口卡（NIC）API
Npcap：这其实也是个 WinPcap 的改进版，只不过改进比较彻底，很多功能都进行了重写！官网是 https://npcap.com/，官网的文档也很详细（其文档就是照抄的 WinPcap 然后改的）。Npcap 也将驱动模型升级到了 NDIS 6.x，以更好的用于 Win7 及以上系统。
Npcap 有免费版和商业版两种，免费版的使用限制比较多。于 2021 年 10 月 7 日发布 1.60 版本，下载地址：https://npcap.com/#download。源代码同样托管于 Github。
libpcap： Unix/Linux 平台下的网络数据包捕获函数库。它是一个独立于系统的用户层包捕获的 API 接口，为底层网络监测提供了一个可移植的框架。官网是 https://www.tcpdump.org/，文档也非常详细！
目前，最新版是 2021 年 6 月 9 日发布的 1.10.1 版本，可以直接下载预编译的可执行程序。源代码托管于 Github。

strace

strace 是一个用于 Linux 的诊断、调试和教学的用户空间实用程序。它用于监视和篡改进程和 Linux 内核之间的交互，包括系统调用（包括参数，返回值，执行消耗的时间）、信号传递和进程状态的更改。

strace 的操作是由称为 ptrace 的内核特性实现的。源代码可以在 Github 获取：https://github.com/strace/strace，官方网站是：https://strace.io/ 。

strace 的用法很简单，主要有两种模式。一种是通过它启动要跟踪的进程。用法很简单，在原本的命令前加上 strace 即可。例如：strace ethtool -g ens160，输出内容如下：

zcshou@ZCShou:~$ strace
strace: must have PROG [ARGS] or -p PID
Try 'strace -h' for more information.
zcshou@ZCShou:~$ strace ethtool -g ens160
execve("/sbin/ethtool", ["ethtool", "-g", "ens160"], 0x7ffc2822d1d0 /* 57 vars */) = 0
brk(NULL)                               = 0x5570315f4000
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=180943, ...}) = 0
mmap(NULL, 180943, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7fcb69fc5000
------------------------省略一大部分----------------
+++ exited with 0 +++

另外一种运行模式，是跟踪已经在运行的进程，在不中断进程执行的情况下，理解它在干嘛。这种情况，给 strace 传递个 -p pid 选项即可。例如：strace -p 12313。

iperf

Iperf 是一个广泛使用的网络性能测量和调整工具。我们需要注意的是当前存在 Iperf2 和 Iperf3 这两个不同的版本，这两个版本是相互独立的，默认我们使用的就是 Iperf2；Iperf3 则是重新实现的，与 Iperf2 并不兼容。目前这两个版本都在积极开发中！以下是两个的功能对比：

Iperf2 源代码托管于 https://sourceforge.net/projects/iperf2/ ；Iperf3 源代码托管于 https://github.com/esnet/iperf
Iperf2 最初由 NLANR/DAST 开发；Iperf3 由 ESnet / Lawrence Berkeley National Laboratory 开发，并在 BSD 协议下开源
Iperf2 官方网站：https://iperf2.sourceforge.io/iperf-manpage.html；Iperf3 则是参考 https://software.es.net/iperf
Iperf3 使用了 Iperf2 的部分代码，他们的部分开发者同时参与了这两个版本的开发，具体见 https://iperf.fr/
截止发文时间，Iperf2 最新版为 2.1.6，Iperf3 最新版为 3.11
Iperf2 支持 Windows、Linux、MacOS；Iperf3 仅支持 Linux（Vivien Guéant 曾在 2016 年编译过 Windows 版本，但后来没有再维护过）

默认情况下，Linux 系统没有安装 Iperf，Debian 系列直接使用 sudo apt install iperf 安装即可。注意，这里安装的其实是 Iperf2，如果要安装 Iperf3 则需要显示指明：sudo apt install iperf3。如下图所示：

要是用 Iperf，必须在测试的两台计算机上同时安装 Iperf，其中一个作为服务器，另一个作为服务端。 我这里就以 Iperf2 为例，在我的 Window 11 与 Ubuntu 两台电脑之间简单测试如下：

下面就来简单说一下 iperf 的用法。基本用法有以下四种：iperf -s [options]、iperf -c server [options]、iperf -u -s [options]、iperf -u -c server [options]，其中，-s 表示服务器模式；-c server 表示以客户端模式连接到指定 server；默认是 TCP 协议，使用 -u 表示指定为 UDP 协议。至于 [options] 就比较多了，如下图我截取了一部分：

至于每个参数的具体使用，需要对照手册说了来！

Wireshark

Wireshark 默认并没有提供 Linux 的安装包，如果选择使用源代码进行安装，则要考虑各种依赖关系，非常麻烦。而且 Ubuntu 的 Universe 存储库中的 Wireshark 版本又太低，因此，我选择了使用 Wireshark 开发者提供了一种官方 PPA 方式来进行安装（目前来看，PPA 上也不是官网最新的）。具体步骤如下：

sudo add-apt-repository ppa:wireshark-dev/stable
sudo apt-get update
sudo apt install wireshark

debian 存储库中有更新的版本：https://packages.qa.debian.org/w/wireshark.html

安装时，系统会询问你是否允许非超级用户捕获数据包。使用 Tab 键选择 “Yes” 允许，选择“No” 限制非超级用户捕获数据包，如下图所示，按回车确定，最后完成安装。

允许非超级用户捕获数据包，还需要将使用 Wireshark 的用户添加到 wireshark 组。使用 usermod 命令将自己添加到 wireshark 组：sudo usermod -aG wireshark $(whoami)，否则无法启动抓包。

如果在安装完成时不小心选择了 “No”，则以 root 用户身份运行以下命令：sudo dpkg-reconfigure wireshark-common，然后按 tab 键并使用回车键选择 “YES”。

注意：Windows 系统中，Wireshark 依赖于 Npcap，在安装时默认就会安装 Npcap；Linux 系统中，Wireshark 依赖于 libpcap。

xcap

xcap 是一个基于 Windows 的数据包生成和发送工具，你可以使用它来创建一个数据包，然后通过计算机上指定的接口发送它。官网是 http://xcap.weebly.com/。目前最新版是 2021年 5月 4 日发布的1.3.0 版本。

注意，xcap 依赖 WinPcap，但是 WinPcap 已经不在更新，后来出了个基于 WinPcap 的 Win10Pcap ，主要用于 Win7 及以上系统，可以直接用它来代替 WinPcap。

xcap 使用起来还是挺简单，xcap 的基本操作流程就是：网络接口（首先启用接口） —> 报文组（新建报文组） —> 报文（在报文组中添加多条报文）----> 发送（在启用的接口上发送选定的报文）。xcap 采用自下而上的方式一步一步来构造报文。

Tcpreplay

Tcpreplay （第一个字母大写）是一系列工具的总称，用于编辑和重放以前由 tcpdump 和 Wireshark 等工具捕获的网络流量。目前在 GPLv3 协议下开源，源代码可以在 https://github.com/appneta/tcpreplay 获取，官方网站是 https://tcpreplay.appneta.com/。主要工具如下所示：

网络重放工具:
- tcpreplay：在网络上以任意速度重放 pcap 文件，并可以选择用任意 IP 地址重放
- tcpreplay-edit：在网络上以任意速度重放 pcap 文件，有许多选项可以在动态中修改数据包
- tcpliveplay：以远程服务器将响应的方式，在现网中重播存储在 pcap 文件中的 TCP 网络流量
Pcap 文件编辑器及实用工具：
- tcpprep：多通道 pcap 文件预处理器，它决定数据包作为客户端或服务器，并将它们分割成输出文件供 tcpreplay 和 tcprewrite 使用
- tcprewrite： PCAP 文件编辑器，主要用来修改数据包的 2 层，3 层，4 层报文头，即MAC 地址，IP 地址和端口等
- tcpcapinfo： Pcap 文件分析器用于调试损坏的 Pcap 文件
- tcpbridge：用 tcprewrite 功能桥接两个网段

默认情况下，系统可能并没有安装 Tcpreplay，Debian 系列可以直接使用 sudo apt install tcpreplay 命令进行在线安装（可能不是最新版），其他系统自行搜索对应的安装命令即可。Tcpreplay 的使用主要分为三步：

用 tcpprep 对报文的通信流量的两方（服务器 / 客户端）进行分离。数据包一般来自 Wireshark 或者 tcpdump 保存的 pcap 文件
用 tcprewrite 对报文进行改写
用 tcpreplay 回放数据包。当然你也可以直接回放Wireshark 或者 tcpdump 保存的 pcap 文件。

示例

在 Windows 11 上使用 xcap 构造了一个 icmp-ping 的报文，然后发给 Ubuntu，Ubuntu 上打开 Wireshark 监控通信报文，将报文保存到本地，然后使用 tcpreplay 进行回放。具体环境如下：

操作过程如下：

注意，由于我使用了 VNC 远程 Ubuntu，因此会导致多了很多 TCP 报文。

参考

https://en.wikipedia.org/wiki/Iproute2
https://linux.cn/article-4326-1.html
https://www.cnblogs.com/fyc119/p/7499829.html
https://net-tools.sourceforge.io/
https://blog.csdn.net/weixin_42767604/article/details/106251844
https://linux.cn/article-12290-1.html
http://lnmp.ailinux.net/ethtool
http://www.uml.org.cn/embeded/201305152.asp
https://www.cnblogs.com/wenqiang/p/6306727.html
https://www.cnblogs.com/codestack/p/13438808.html
https://www.cnblogs.com/machangwei-8/p/10388883.html
https://www.cnblogs.com/ggjucheng/archive/2012/01/08/2316692.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Pcap
https://www.cnblogs.com/qishui/p/5428938.html
http://www.colasoft.com.cn/
https://wsgzao.github.io/post/osi/
https://www.cnblogs.com/onepixel/p/7092302.html
https://blog.csdn.net/weixin_40748006/article/details/84661014
https://www.jianshu.com/p/e8dca7627e46

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Network 之四常用 Linux 网络命令及网络调试工具介绍

网络互连模型

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分析与调试

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