Linux网络基础是现代服务器运维与云计算架构的基石，其核心在于理解操作系统内核如何处理数据包的收发、路由以及协议交互，掌握Linux网络不仅意味着能够配置IP地址，更要求深入理解TCP/IP协议栈、网络工具的底层原理以及性能调优策略，对于系统管理员而言，构建一个高效、安全且可排查的网络环境，是保障业务高可用性的前提，本文将从协议栈原理、接口配置、故障排查及性能优化四个维度,深度解析Linux网络的核心知识体系。
网络协议栈与数据传输原理
Linux内核实现了完整的TCP/IP协议栈，这是网络通信的理论核心，理解数据包如何在内核中流动,是解决复杂网络问题的关键。
TCP/IP模型与OSI模型
在实际运维中，我们主要关注TCP/IP四层模型：应用层、传输层、网络层和链路层。传输层主要负责端到端的通信，其中TCP协议提供可靠的、面向连接的服务，而UDP协议则提供无连接的高效传输。网络层（IP层）负责数据包的路由和寻址,确保数据能够跨越网络到达目的地。
TCP三次握手与状态流转
TCP连接建立时的三次握手是网络面试和故障排查的高频考点，当客户端发送SYN包时，服务端回复SYN+ACK，客户端再回复ACK，连接建立，在Linux中，可以通过ss或netstat命令查看连接状态，如ESTABLISHED、TIME_WAIT等。特别要注意TIME_WAIT状态，它是主动关闭连接方必须经历的阶段，持续时间通常为2MSL（最大报文生存期），在高并发短连接场景下，过多的TIME_WAIT会导致端口资源耗尽，此时需要调整内核参数net.ipv4.tcp_tw_reuse来允许将TIME_WAIT sockets重新用于新的TCP连接。
网络接口配置与路由管理
现代Linux发行版推荐使用ip命令（iproute2套件）替代老旧的ifconfig,前者功能更强大且支持更高级的网络特性。
网络接口配置
使用ip addr show可查看网络接口状态，配置IP地址不仅是赋予服务器一个身份，更涉及子网划分（CIDR）的正确性，配置静态IP的命令为：
ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0
在持久化配置方面，CentOS/RHEL使用/etc/sysconfig/network-scripts/下的文件，而Ubuntu/Debian则使用Netplan或NetworkManager。专业的运维方案建议在生产环境中关闭NetworkManager的自动修改功能，通过配置文件静态管理,以避免意外变更导致网络中断。
路由表与网关
路由决定了数据包的去向，查看路由表使用ip route show，默认路由是当目标IP不在本地路由表中时，数据包的出口，配置静态路由对于多网卡服务器尤为重要，
ip route add 10.0.0.0/24 via 192.168.1.1 dev eth0
这表示前往10.0.0.0/24网段的数据包将通过192.168.1.1网关转发，在配置多网卡时，还需特别注意策略路由，以解决基于源地址选路的问题,防止回包路径不一致导致连接被防火墙拦截。
高效网络故障排查与诊断
网络故障排查应遵循从物理层到应用层的顺序,利用专业工具快速定位瓶颈。
连通性测试：Ping与MTR
ping是最基础的工具，用于测试ICMP连通性，但在排查丢包和延迟问题时，MTR（My Traceroute）是更专业的选择，它结合了traceroute和ping的功能，能够实时显示数据包经过的每一跳路由器的丢包率和延迟,从而精准判断是哪一段链路出现了拥塞。
端口与服务诊断：SS命令
ss（Socket Statistics）是netstat的现代替代品，速度更快且信息更详细。ss -lntp可以查看所有监听中的TCP端口及其对应的进程，当遇到“端口被占用”或“服务启动失败”时,这是首选排查命令。
数据包捕获与分析：Tcpdump
当逻辑排查无法解决问题时，需要深入到数据包层面。Tcpdump是Linux下最强大的抓包工具，抓取源IP为192.168.1.5，访问端口80的数据包：
tcpdump -i eth0 -nn 'src host 192.168.1.5 and dst port 80'
通过分析抓包结果，可以判断请求是否到达服务器、服务器是否响应、以及HTTP头信息是否正确，这是解决HTTP层面（如400 Bad Request、502 Bad Gateway）错误的终极手段。
网络安全与防火墙策略
Linux内核通过Netfilter框架实现防火墙功能，用户空间工具包括iptables和nftables。
Iptables规则管理
Iptables通过表、链和规则来管理数据包，最常用的Filter表包含INPUT、OUTPUT和FORWARD链。安全最佳实践是遵循“最小权限原则”，默认策略设为DROP，仅放行必要的业务端口，放行SSH和HTTP流量：
iptables -A INPUT -p tcp --dport 22 -j ACCEPT
iptables -A INPUT -p tcp --dport 80 -j ACCEPT
iptables -P INPUT DROP
连接追踪（Conntrack）
Linux防火墙是有状态的，通过nf_conntrack模块记录连接状态，在DDoS攻击或高并发连接场景下，连接追踪表可能溢出，导致“nf_conntrack: table full, dropping packet”错误，解决方案包括增大net.netfilter.nf_conntrack_max的值，或者对于不需要状态检测的流量（如只转发公网IP的流量），使用NOTRACK目标来绕过连接追踪,显著提升转发性能。
网络性能调优与内核参数
对于高性能计算或高吞吐量服务器（如Nginx反向代理、数据库）,默认的内核参数调优往往不足。
TCP协议参数调优
- TCP窗口缩放：开启
net.ipv4.tcp_window_scaling以支持大于64KB的TCP窗口,提升高延迟网络下的吞吐量。 - 保持连接：调整
net.ipv4.tcp_keepalive_time，让系统更快地检测死连接,释放资源。 - 积压队列：增大
net.core.somaxconn和net.ipv4.tcp_max_syn_backlog,防止突发流量导致连接请求被拒绝。
网络卡多队列与软中断
现代网卡支持多队列，结合RPS（Receive Packet Steering）和RFS（Receive Flow Steering），可以将软中断处理分散到多核CPU上，避免单核CPU成为网络处理的瓶颈，通过调整/proc/irq/*/smp_affinity可以将特定的网卡中断绑定到指定的CPU核心，实现CPU亲和性绑定,从而提升数据包处理效率。
相关问答
Q1：在Linux中，如何查看和修改默认网关？
A： 查看默认网关可以使用 ip route show 或 route -n 命令，查找以 default 开头的行，修改默认网关可以使用 ip route add default via <网关IP> dev <网卡名称> 命令，要将默认网关设置为 192.168.1.1，网卡为 eth0，命令为：ip route add default via 192.168.1.1 dev eth0，若要删除旧网关，使用 ip route del default via <旧网关IP>。
Q2：TCP和UDP协议的主要区别是什么，在什么场景下应该选择UDP？
A： TCP是面向连接的协议，提供可靠的、有序的字节流传输，具有重传机制和流量控制，适用于对数据准确性要求高的场景，如网页浏览（HTTP）、邮件传输（SMTP）和文件传输（FTP），UDP是无连接的协议，不保证可靠性，没有重传和排序，但开销小、速度快，适用于对实时性要求高且允许少量丢包的场景，如视频直播、在线游戏、DNS查询和VoIP通话。
希望这篇关于Linux网络基础的文章能帮助您构建扎实的网络运维知识体系，如果您在日常运维中遇到过棘手的网络故障，或者有独特的网络调优经验，欢迎在评论区分享您的见解与案例，让我们共同探讨,共同进步。
