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先來聊聊基礎的，你知道 ifconfig 和 ip addr 這倆的區別嗎？

其實這是一個有關 net-tools 和 iproute2 的“歷史”故事。

想象一下，你登錄進入一個被裁剪過的非常小的 Linux 系統中，發現既沒有 ifconfig 命令，也沒有 ipaddr 命令，你是不是感覺這個系統壓根兒沒法用？

這個時候，你可以自行安裝 net-tools 和 iproute2這兩個工具。

當然，大多數時候這兩個命令是系統自帶的。

安裝好后，你來運行一下 ip addr。不出意外，應該會輸出下面的內容。

這個命令顯示了這臺機器上所有的網卡。

大部分的網卡都會有一個 IP 地址，當然，這不是必須的。

在后面的分享中，你可能會遇到沒有 IP 地址的情況。

IP 地址是一個網卡在網絡世界的通訊地址，相當于在現實世界的門牌號碼。

既然是門牌號碼，不能大家都一樣，不然就會起沖突。

比方說，假如大家都叫六單元 1001 號，那快遞就找不到地方了。

所以，有時候咱們的電腦彈出網絡地址沖突，出現上不去網的情況，多半是 IP 地址沖突了。

如上輸出的結果，10.100.122.2 就是一個 IP 地址。

這個地址被點分隔為四個部分，每個部分 8 個 bit，所以 IP 地址總共是 32 位。

這樣產生的 IP 地址的數量很快就不夠用了。

因為當時設計 IP 地址的時候，哪知道今天會有這么多的計算機啊！

因為不夠用，于是就有了 IPv6，也就是上面輸出結果里面 inet6 fe80::f816:3eff:fec7:7975/64。

這個有 128 位，現在看來是夠了，但是未來的事情誰知道呢？

本來 32 位的 IP 地址就不夠，還被分成了 5 類。

現在想想，當時分配地址的時候，真是太奢侈了。

在網絡地址中，至少在當時設計的時候，對于 A、B、 C 類主要分兩部分，前面一部分是網絡號，后面一部分是主機號。

這很好理解，大家都是六單元 1001 號，我是小區 A 的六單元 1001 號，而你是小區B 的六單元 1001 號。

下面這個表格，詳細地展示了 A、B、C 三類地址所能包含的主機的數量。

在后文中，我也會多次借助這個表格來講解。

這里面有個尷尬的事情，就是 C 類地址能包含的最大主機數量實在太少了，只有 254 個。

當時設計的時候恐怕沒想到，現在估計一個網吧都不夠用吧。

而 B 類地址能包含的最大主機數量又太多了。

6 萬多臺機器放在一個網絡下面，一般的企業基本達不到這個規模，閑著的地址就是浪費。

于是有了一個折中的方式叫作「無類型域間選路」，簡稱「CIDR」。

這種方式打破了原來設計的幾類地址的做法，將 32 位的 IP 地址一分為二，前面是網絡號，后面是主機號。

從哪里分呢？

你如果注意觀察的話可以看到，10.100.122.2/24，這個 IP 地址中有一個斜杠，斜杠后面有個數字 24。

這種地址表示形式，就是 CIDR。后面 24 的意思是，32 位中，前 24 位是網絡號，后 8 位是主機號。

伴隨著 CIDR 存在的，一個是「廣播地址」，10.100.122.255。

如果發送這個地址，所有 10.100.122 網絡里面的機器都可以收到。

另一個是子網掩碼，255.255.255.0。將子網掩碼和 IP 地址進行 AND 計算。

前面三個 255，轉成二進制都是 1。

1 和任何數值取 AND，都是原來數值，因而前三個數不變，為 10.100.122。

后面一個 0，轉換成二進制是 0，0 和任何數值取AND，都是 0，因而最后一個數變為 0，合起來就是 10.100.122.0。

這就是網絡號。

將子網掩碼和 IP地址按位計算 AND，就可得到網絡號。

在日常的工作中，幾乎不用劃分 A 類、B 類或者 C 類，所以時間長了，很多人就忘記了這個分類，而只記得 CIDR。

但是有一點還是要注意的，就是公有 IP 地址和私有 IP 地址。

你繼續看上面的表格。表格最右列是私有 IP 地址段。

平時你看到的數據中心里，辦公室、家里或學校的 IP 地址，一般都是私有 IP 地址段。

因為這些地址允許組織內部的 IT 人員自己管理、自己分配，而且可以重復。

因此，你學校的某個私有 IP 地址段和我學校的可以是一樣的。

這就像每個小區有自己的樓編號和門牌號，你們小區可以叫 6 棟，我們小區也叫 6 棟，沒有任何問題。

但是一旦出了小區，就需要使用公有 IP 地址。就像人民路 888 號，是國家統一分配的，不能兩個小區 都叫人民路 888 號。

「公有 IP 地址有個組織統一分配」，你需要去買。

如果你搭建一個網站，給你學校的人使用，讓你們學校的IT 人員給你一個 IP 地址就行。

但是假如你要做一個類似網易 163 這樣的網站，就需要有公有 IP 地址，這樣全世界的人才能訪問。

表格中的 192.168.0.x 是最常用的私有 IP 地址。

你家里有 Wi-Fi，對應就會有一個 IP 地址。一般你家里地上網設備不會超過 256 個，所以 /24 基本就夠了。

有時候你也能見到 /16 的 CIDR，這兩種是最常見的，也是最容易理解的。

不需要將十進制轉換為二進制 32 位，就能明顯看出 192.168.0 是網絡號，后面是主機號。

而整個網絡里面的第一個地址 192.168.0.1，往往就是你這個私有網絡的出口地址。

例如，你家里的電腦連接 Wi-Fi，Wi-Fi 路由器的地址就是 192.168.0.1，而 192.168.0.255 就是廣播地址。

一旦發送這個地址，整個192.168.0 網絡里面的所有機器都能收到。

但是也不總都是這樣的情況。

因此，其他情況往往就會很難理解，還容易出錯。

 01  舉例：一個容易“犯錯”的 CIDR

你來看 16.158.165.91/22 這個 CIDR。

求一下這個網絡的第一個地址、子網掩碼和廣播地址。

要是上來就寫 16.158.165.1，那就大錯特錯了。

/22 不是 8 的整數倍，不好辦，只能先變成二進制來看。16.158 的部分不會動，它占了前 16 位。

中間的 165，變為二進制為 10100101 。

除了前面的 16 位，還剩 6 位。

所以，這 8 位中前 6 位是網絡號，16.158.<101001>，而<01>.91 是機器號。

第一個地址是 16.158.<101001><00>.1，即 16.158.164.1。

子網掩碼是 255.255.<111111><00>.0，即 255.255.252.0。

廣播地址為 16.158.<101001><11>.255，即 16.158.167.255。

這五類地址中，還有一類 「D 類是組播地址」。

使用這一類地址，屬于某個組的機器都能收到。這有點類似在公司里面大家都加入了一個郵件組。

發送郵件，加入這個組的都能收到。組播地址在后面講述 VXLAN協議的時候會提到。

講了這么多，才講了上面的輸出結果中很小的一部分，是不是覺得原來并沒有真的理解 ip addr 呢？

接著來分析。

在 IP 地址的后面有個 「scope」，對于 eth0 這張網卡來講，是 global，說明這張網卡是可以對外的，可以接收來自各個地方的包。

對于 lo 來講，是 host，說明這張網卡僅僅可以供本機相互通信。

lo 全稱是「loopback」，又稱環回接口，往往會被分配到 127.0.0.1 這個地址。

這個地址用于本機通信，經過內核處理后直接返回，不會在任何網絡中出現。

在 IP 地址的上一行是

link/ether 「fa:16:3e:c7:79:75」 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff，這個被稱為「MAC 地址」；

是一個網卡的「物理地址」，用「十六進制」，6 個 byte 表示。

MAC 地址是一個很容易讓人“誤解”的地址。

因為 MAC 地址號稱全局唯一，不會有兩個網卡有相同的 MAC 地址，而且網卡自生產出來，就帶著這個地址。

很多人看到這里就會想，既然這樣，整個互聯網的通信，全部用 MAC 地址好了，只要知道了對方的 MAC 地址，就可以把信息傳過去。

這樣當然是不行的。

一個網絡包要從一個地方傳到另一個地方，除了要有確定的地址，還需要有定位功能。

而有門牌號碼屬性的 IP 地址，才是有遠程定位功能的。

例如，你去杭州市網商路 599 號 B 樓 6 層找劉超，你在路上問路，可能被問的人不知道 B 樓是哪個，但是可以給你指網商路怎么去。

但是如果你問一個人，你知道這個身份證號的人在哪里嗎？可想而知，沒有人知道。

MAC 地址更像是身份證，是一個唯一的標識。

它的唯一性設計是為了組網的時候，不同的網卡放在一個網絡里面的時候，可以不用擔心沖突。

從硬件角度，保證不同的網卡有不同的標識。

MAC 地址是有一定定位功能的，只不過范圍非常有限。

你可以根據 IP 地址，找到杭州市網商路 599 號B 樓 6 層，但是依然找不到我，你就可以靠吼了，大聲喊身份證 XXXX 的是哪位？

我聽到了，我就會站起來說，是我啊。

但是如果你在上海，到處喊身份證 XXXX 的是哪位，我不在現場，當然不會回答，因為我在杭州不在上海。

所以，MAC 地址的通信范圍比較小，局限在一個子網里面。

例如，從 192.168.0.2/24 訪問 192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的。

一旦跨子網，即從 192.168.0.2/24 到 192.168.1.2/24，MAC地址就不行了，需要 IP 地址起作用了。

解析完了 MAC 地址，你再來看

 < BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP >

是干什么的？

這個叫作net_device flags，網絡設備的狀態標識。

「UP」 表示網卡處于「啟動」的狀態；

「BROADCAST」 表示這個網卡有「廣播地址」，可以發送廣播包；

MULTICAST表示網卡可以發送多播包；LOWER_UP 表示 L1 是啟動的，也即網線插著呢。

「MTU1500」 是指什么意思呢？是哪一層的概念呢？

「最大傳輸單元 MTU 為 1500」，這是以太網的默認值。

你知道的，網絡包是層層封裝的。

「MTU 是二層 MAC 層的概念」。

MAC 層有 MAC 的頭，以太網規定連 MAC 頭帶正文合起來，不允許超過 1500 個字節。

正文里面有 IP 的頭、TCP 的頭、HTTP 的頭。如果放不下，就需要分片來傳輸。

qdisc pfifo_fast 是什么意思呢？

qdisc 全稱是queueing discipline，中文叫排隊規則。

內核如果需要通過某個網絡接口發送數據包，它都需要按照為這個接口配置的 qdisc（排隊規則）把數據包加入隊列。

最簡單的 qdisc 是 pfifo，它不對進入的數據包做任何的處理，數據包采用先入先出的方式通過隊列。

pfifo_fast 稍微復雜一些，它的隊列包括三個波段（band）。

在每個波段里面，使用先進先出規則。

三個波段（band）的優先級也不相同。band 0 的優先級最高，band 2 的最低。

如果 band 0 里面有數據包，系統就不會處理 band 1 里面的數據包，band 1 和 band 2 之間也是一樣。

數據包是按照「服務類型」（Type of Service，TOS）被分配多三個波段（band）里面的。

TOS 是 IP 頭里面的一個字段，代表了當前的包是高優先級的，還是低優先級的。