项目1 网络命令操作实验
项目介绍
网络命令是Linux开发中最基础的内容，通过它可以检查配置网络。熟练使用网络命令有助于开发者提高效率。本项目介绍了开发过程中常用到的网络命令，并按照难度分为简单网络命令和进阶网络命令两部分。简单网络命令部分主要介绍检测网络状况、查看网络配置的方法；进阶网络命令部分介绍网络配置、查看端口、抓包等操作命令。本项目通过对操作命令的详细介绍和相关实验操作，让读者进一步了解如何在Linux环境下操作网络。
任务一 简单网络命令
任务目的
1. 掌握简单网络命令的使用方法。
2. 学会使用简单网络命令获取网络信息，测试网络状况。
3. 掌握网络问题排查、诊断与分析的方法。
任务环境
简单网络命令实验的拓扑如图1-1所示。
图1-1 实验拓扑
实验环境镜像配置说明如表1-1所示。
表1-1 实验环境镜像配置说明
注：系统默认的账户为root/root@openlab、openlab/user@openlab。
任务内容
1. 学习每个简单网络命令的作用及参数的含义。
2. 使用命令查看网络配置、检测网络状态和跟踪路由等。
实验原理
1. ifconfig命令
ifconfig用于显示、设置、启动和停止网络设备。通过此命令能够显示出正在使用的计算机的IP地址、子网掩码和默认网关等。当网络环境发生改变时，可通过此命令对网络进行相应的配置。ifconfig命令的格式和参数解释如下。
（1）命令格式。
ifconfig [网络设备] [参数]
（2）命令参数如表1-2所示。
表1-2 ifconfig命令参数说明
2. ping命令
ping命令用于检查网络是否通畅和网络连接的速度。简单地说，网络上的机器都有唯一确定的IP地址，给目标IP地址发送一个数据包，就会返回一个同样大小的数据包，根据返回的数据包可以确定目标主机是否存在，初步判断网络是否通畅以及连接速度等信息。根据数据包返回时间和丢包率，可以大致判断网络是否稳定。ping返回的异常信息有“Request Timed Out”“Destination Host Unreachable”“Bad IP Address”和“Source Quench Received”。
（1）Request Timed Out表示对方主机可以到达但是连接超时，这种情况通常是对方拒绝接收发给它的数据包而造成的数据包丢失。原因可能是对方装有防火墙。
（2）Destination Host Unreachable表示对方主机不存在或者没有跟对方建立连接。
（3）Bad IP Address表示可能没有连接到DNS服务器，所以无法解析这个IP地址，也可能是IP地址不存在。
（4）Source Quench Received表示对方或中途的服务器繁忙无法回应。
说明：“Destination Host Unreachable”和“RequestTime Out”的区别：如果所经过路由器的路由表中有到达目标的路由，而目标因为其他原因不可到达，这时候会出现“Request Time Out”；如果路由表中没有到达目标的路由，则会出现“Destination Host Unreachable”。
ping命令的格式和参数解释如下。
（1）命令格式。
ping [参数] [主机名或IP地址]
（2）命令参数如表1-3所示。
表1-3 命令参数说明
3. traceroute命令
traceroute是用来显示源主机到目标主机之间所经过网关的命令。traceroute命令用IP生存时间（TTL）字段和ICMP错误消息来确定从一个主机到网络上其他主机的路由。首先，traceroute发送一个TTL是1的IP数据包到目的地址，当路径上的第一个路由器收到这个数据包时，TTL将会减1，此时TTL变为0，该路由器将此数据包丢弃，并返回一个ICMP time exceeded消息（包括发IP包的源地址，IP包的所有内容及路由器的IP地址）。traceroute收到这个消息后，便知道这个路由器在路径上，接着traceroute再发送一个TTL是2的数据包，继而发现第二个路由器。依此规律，traceroute每次将发送的数据包的TTL加1来发现下一个路由器，一直持续到某个数据包抵达目的地。当数据包到达目的地后，该主机不会返回ICMP time exceeded消息，此时traceroute通过UDP数据包向不常见端口（30000以上）发送数据包，会收到ICMP port unreachable消息，故可判断到达目的地。traceroute命令的格式和参数解释如下。
（1）命令格式。
traceroute[参数][主机]
（2）命令参数如表1-4所示。
表1-4 traceroute命令参数说明
4. route命令
route用于显示和操作IP路由表，它的主要作用是创建静态路由。在Linux系统中，设置路由通常是为了解决以下问题：Linux系统在一个局域网中，局域网中有一个网关，若要让机器访问Internet，就需要将网关的IP地址设置为Linux机器的默认路由。route命令的格式和参数解释如下。
（1）命令格式。
route [-f] [-p] [command] [destination] [mask netmask] [gateway] [metric] [if interface]
（2）命令参数如表1-5所示。
表1-5 route命令参数说明
说明：直接在命令行下执行route命令来添加路由，不会永久保存，当网卡重启或者机器重启后，该路由就失效了，可以在/etc/rc.local中添加route命令来保证该路由设置永久有效。
实验步骤
1. ifconfig命令
步骤1 在应用菜单页面，单击终端图标，打开虚拟机终端界面，如图1-2所示。
图1-2 打开虚拟机终端界面
步骤2 执行su root命令，切换到root用户。
步骤3 执行ifconfig命令，查看网络设备信息，如下所示。
其中
• eth0表示第一块网卡。
• HWaddr表示网卡的物理地址，即MAC地址。
• inet addr表示网卡的IPv4地址。
• inet6 addr表示网卡的IPv6地址。
• Bcast表示网卡的广播地址。
• Mask表示子网掩码地址。
• UP表示网卡开启状态。
• RUNNING表示网卡的网线被接上。
• MULTICAST表示支持组播。
• MTU表示最大传输单元。
• RX packets、TX packets表示接收、发送数据包情况统计。
• RX bytes、TX bytes表示接收、发送数据字节数统计信息。
• lo表示主机的回环地址。
步骤4 执行如下命令，关闭网卡。
# ifconfig eth0 down
步骤5 执行ifconfig命令查看网络设备信息。如下所示，已无eth0网卡信息，表示eth0网卡已关闭。
步骤6 执行如下命令，开启网卡。
# ifconfig eth0 up
步骤7 执行ifconfig命令查看网络设备信息。如下所示，有eth0网卡信息，表示eth0网卡已启动。
步骤8 执行如下命令，配置IP地址等信息。
# ifconfig eth0 192.168.2.10 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.2.255
其中，192.168.2.10表示IP地址，255.255.255.0表示子网掩码，192.168.2.255表示广播地址。
步骤9 执行ifconfig命令，查看配置后的网络信息，如下所示。
步骤10 执行reboot命令，重启服务器。
步骤11 执行ifconfig命令，查看配置后的网络信息，如下所示。
说明：机器重启后，配置的IP地址失效，若想将配置信息永久保存在计算机中，需要修改网卡的配置文件。
2. ping命令
步骤1 执行ping 127.0.0.1命令，ping回环地址，检查本地的TCP/IP是否设置完成，如下所示。
其中
• 64 bytes：表示本次传送的ICMP包的大小，此值为预设值。
• icmp_seq=x（x是大于1的整数）：响应包的序列号，这个序列号在网络正常的情况下是连续的，如果出现不连续的情况，网络会出现丢包的情况。丢包可能是物理硬件造成的，但也可能是IP地址冲突造成的。
• ttl=64：表示IP数据包在计算机网络中存在的时间。
• time：表示服务器回应客户端的响应时间。
说明：执行Ctrl+C可停止发送数据包。
步骤2 执行ping 30.0.1.3命令，ping本机IP地址，检查本机的IP地址是否设置有误，如下所示。
说明：ping本机网关或本机IP地址，可以检查硬件设备是否有问题，也可以检查本机与本地网络连接是否正常。
步骤3 执行如下命令，通过域名ping公网上的站点，查看网络连通性，执行结果如下所示。
$ ping -c 5 www.sdnlab.com
其中，-c 5表示在发送5个数据包后停止。
说明：如果实验环境无法连接外网，则命令中的www.sdnlab.com替换为OneLab实验平台的地址。
3. traceroute命令
步骤1 执行su root命令，切换到root用户。
步骤2 执行apt-get install traceroute命令，安装traceroute工具。
说明：如果软件已经安装，将会提示“traceroute is already the newest version”的信息。
步骤3 执行traceroute www.sdnlab.com命令，追踪网络数据包的路由途径，执行结果如下所示。
说明：如果实验环境无法连接外网，则命令中的www.sdnlab.com替换为OneLab实验平台的地址。
其中
• 记录按序列号从1开始，每个记录就是一跳，每跳表示一个网关。
• 每行有3个时间，单位是ms，表示探测数据包向每个网关发送3个数据包，网关响应后返回的时间。如果用traceroute -q 4 www.sdnlab.com，表示向每个网关发送4个数据包。
步骤4 执行traceroute -m 10 www.sdnlab.com命令，设置路由追踪10条，即只发回通过10个网关的信息，如下所示。
步骤5 执行traceroute -w 3 www.sdnlab.com命令，把对外发送探测包的等待响应时间设置为3 s，如下所示。
4. route命令
步骤1 执行route命令，显示当前路由，执行结果如下所示。
其中
• Destination：表示目标网段或主机。
• Gateway：表示网关地址，“*”表示目标是本主机所属的网络，不需要路由。
• Genmask：表示网络掩码。
• Flags：表示标记。
常用标记如下：U表示路由是活动的；H表示目标是一个主机；G表示路由指向网关；R表示恢复动态路由产生的表项；D表示由路由的后台程序动态地安装；M表示由路由的后台程序修改；！表示拒绝路由。
• Metric：表示路由距离，到达指定网络所需的中转数（Linux内核中没有使用）。
• Ref：表示路由项引用次数（Linux内核中没有使用）。
• Use：表示此路由项被路由软件查找的次数。
• Iface：表示该路由表项对应的输出接口。
步骤2 执行如下命令添加网关。
# route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0 dev eth0
步骤3 执行route命令，显示当前路由。如下所示，添加了一个224.0.0.0的路由，其中主机所在的网络地址为224.0.0.0，网络掩码为240.0.0.0，当前路由是启动状态，通过eth0转发数据包。
步骤4 执行如下命令删除路由。
# route del -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0
步骤5 执行route命令，显示当前路由。
如下所示，224.0.0.0路由已被删除。
任务二 进阶网络命令
任务目的
1. 掌握进阶网络命令的基本功能。
2. 掌握使用网络命令进行网络设备配置和抓包的方法。
任务环境
进阶网络命令实验的拓扑如图1-3所示。
图1-3 实验拓扑
实验环境镜像配置说明如表1-6所示。
表1-6 实验环境镜像配置说明
注：系统默认的账户为root/root@openlab、openlab/user@openlab。
任务内容
1. 学习使用ip命令配置网络设备。
2. 学习使用netstat命令检验各端口的连接情况。
3. 学习使用tcpdump抓取数据包，并分析数据包内容。
实验原理
1. ip命令
ip命令用来显示或操纵Linux主机的路由、网络设备、策略路由和隧道，是Linux下较新且功能强大的网络配置工具。它能够替代一些传统的网络管理工具，如ifconfig、route等，使用权限为超级用户，ip命令的格式和参数解释如下。
（1）命令格式。
ip [OPTIONS] OBJECT [COMMAND [ARGUMENTS]]
（2）命令参数。
• OPTIONS是一些修改IP行为或者改变其输出的选项。所有的选项都是以-字符开头。目前ip命令支持如下选项，如表1-7所示。
表1-7 ip命令选项信息
• OBJECT是要管理或者获取信息的对象。目前ip命令认识的对象如表1-8所示。
表1-8 ip命令对象信息
• COMMAND设置针对指定对象执行的操作，它和对象的类型有关。目前ip命令支持的操作如表1-9所示。
表1-9 ip命令操作信息
• ARGUMENTS是命令的一些参数，它们依赖于对象和命令。目前ip命令支持两种类型的参数，如表1-10所示。
表1-10 ip命令参数信息
2. netstat命令
netstat是一个监控TCP/IP网络的命令，它可以显示路由表、实际的网络连接以及每一个网络接口设备的状态信息。它用于显示与IP、TCP、UDP和ICMP相关的统计数据，一般用于检验本机各端口的网络连接情况。另外，它还能列出处于监听状态（即等待接入请求）的套接字。如果需要确认系统上的Web服务是否开启，可通过查看80端口监听状态的方法。netstat命令的格式和参数解释如下。
（1）命令格式。
netstat [-acCeFghilMnNoprstuvVwx][-A<网络类型>][--ip]
（2）命令参数如表1-11所示。
表1-11 netstat命令参数解释
3. tcpdump命令
tcpdump是根据使用者的定义对网络上的数据包进行截获的包分析工具。tcpdump凭借强大的功能和灵活的截取策略，成为用于网络分析和问题排查的首选工具。tcpdump可以将网络中传送的数据包的“头”完全截获下来提供分析。它支持针对网络层、协议、主机、网络或端口的过滤。
tcpdump命令的格式和参数解释如下。
（1）命令格式。
tcpdump [ -adeflnNOpqStvx ] [ -c 数量] [ -F 文件名] [ -i 网络接口] [ -r 文件名] [ -s snaplen ] [ -T 类型] [ -w文件名] [表达式]
（2）命令参数。
• tcpdump命令常用参数如表1-12所示。
表1-12 tcpdump命令参数解释
• tcpdump的过滤表达式
tcpdump的过滤表达式是一个正则表达式，tcpdump利用其作为过滤数据包的条件。如果一个数据包满足表达式的条件，则这个数据包将会被捕获；如果不指定表达式，则在网络上任何两台主机间的所有数据包都将被截获。tcpdump的过滤表达式中一般有如下3种类型的关键字。
类型关键字：包括host、net、port。
方向关键字：包括dst、src、dst or src、dst and src。
协议关键字：包括ether、fddi、tr、ip、ip6、arp、rarp、decnet、tcp和udp。
例如，tcpdump -i eth1 '((tcp) and (port 80) and ((dst host 192.168.1.254) or (dst host 192.168.1.200)))'命令表示：抓取所有经过eth1，目的地址是192.168.1.254或192.168.1.200，端口是80的TCP数据。
实验步骤
1. ip命令
步骤1 在应用菜单页面，单击终端图标，打开终端。
步骤2 执行su root命令，切换到root用户。
步骤3 执行ip link list命令，查看网络设备的运行状态，如下所示。
其中
• lo表示主机的回环地址。
• eth0表示第一块网卡。
• UP表示网卡开启状态。
• MULTICAST表示支持组播。
• mtu表示最大传输单元。
• link/ether表示MAC地址。
步骤4 执行ip -s link list命令，查看更加详细的网络设备信息，如下所示。
其中
• RX packets、TX packets表示接收、发送数据包情况统计。
• RX bytes、TX bytes表示接收、发送数据字节数统计信息。
步骤5 执行ip addr list命令，查看IP信息，如下所示。
其中
• inet表示网卡的IPv4地址。
• inet6表示网卡的IPv6地址。
步骤6 开启或关闭网络设备。
• 执行ip link set eth0 down命令，关闭eth0网卡。
• 执行ip link list命令，查看网络设备状态，如下所示。网卡eth0的状态为down，表示关闭。
• 执行ip link set eth0 up命令，开启eth0网卡。
• 执行ip link list命令，查看网络设备状态，如下所示。网卡eth0的状态为UP，表示开启。
步骤7 执行route add default gw 30.0.1.1命令设置网关。
说明：使用ip命令关闭网卡后，默认路由也被删除，而使用ip命令启用网卡时，并不会配置路由，所以将无法ping通公网地址，故需要配置路由。
2. netstat命令
步骤1 执行netstat -a命令，查看所有端口信息，如下所示。
可以看出，netstat的输出结果分为两个部分。
• Active Internet connections，为TCP连接。其中
Proto：表示使用的通信协议。
Recv-Q和Send-Q：指接收队列和发送队列，这些数字一般都是0，如果不是，则表示软件包正在队列中堆积。
Local Address：本机提供服务的地址。
Foreign Address：连接远程主机的地址。
State：表示连接状态，LISTEN表示正在侦听端口，等待建立连接。
• Active UNIX domain sockets，为Unix域套接口。其中
Proto：表示使用的通信协议。
RefCnt：表示连接到本套接口上的进程号。
Type：显示套接口的类型。
State：显示套接口当前的状态。
Path：表示连接到套接口的其他进程使用的路径名。
步骤2 执行netstat -at命令，查看TCP连接的状态，如下所示。
步骤3 执行netstat -au命令，查看UDP连接的状态，如下所示。
步骤4 执行netstat -l命令，查看所有处于监听状态的Sockets，如下所示。
步骤5 执行netstat -ap | grep ssh命令，查看程序运行的端口，如下所示。
3. tcpdump命令
步骤1 执行tcpdump -i eth0命令进行抓包。
说明：tcpdump不带网卡时，tcpdump默认选择第一块网卡，也就是对eth0进行抓包；当带网卡时，是对具体的某块网卡进行抓包。
步骤2 单击终端图标，再打开一个终端，执行ping www.sdnlab.com进行网络请求。抓包信息如下。
说明：如果实验环境无法连接外网，则将命令中的www.sdnlab.com替换为OneLab实验平台的地址。
由上述信息可知，网络流量从30.0.1.3到123.57.17.239，30.0.1.3是本机IP，123.57.17.239是SDNLAB网站的IP地址。ICMP echo request表示是一个ICMP请求报文。
步骤3 执行“Ctrl+C”停止抓包。
步骤4 单击浏览器图标，打开虚拟机浏览器界面，如图1-4所示。
图1-4 打开虚拟机浏览器界面
步骤5 执行tcpdump -i eth0 tcp port 80命令，抓取端口为80的TCP的数据信息。抓包信息如下所示。
说明：port 80表示是80端口，即http端口。打开浏览器，便能产生80端口的数据流量。
步骤6 执行“Ctrl+C”停止抓包。
步骤7 执行tcpdump -i eth0 tcp命令，抓取TCP的数据信息，并访问网址www.sdnlab.com。抓包信息如下所示。
说明：如果实验环境无法连接外网，则将www.sdnlab.com替换为OneLab实验平台的地址。
步骤8 执行tcpdump -i eth0-w tcpdump_package.pcap命令。
该命令将tcupdump抓到的网络包保存到tcpdump_package.pcap文件中，命名规则为：文件名.pcap。
步骤9 执行tcpdump -r tcpdump_package.pcap命令。
该命令将保存在tcpdump_package.pcap中的抓包信息读取出来。
项目总结
本项目主要讲解了Linux Ubuntu系统上的网络命令操作，并根据难度分为简单网络命令和进阶网络命令两部分。其中，简单网络命令包括查看电脑网络配置的ifconfig命令，测试网络连接状况的ping命令，查看源主机到目标主机经过网关的traceroute命令，以及显示和操作路由表的route命令。进阶网络命令包括显示和控制主机路由等网络配置的ip命令，监控网络连接与端口的netstat命令，以及截获网络数据包帮助开发者分析网络异常的tcpdump命令。本项目让读者由浅入深学习网络命令操作，并复习相关网络知识。