网络基础与 IP 子网规划实战

网络是运维一切排障的地基。报障电话里”上不了网””跨网段不通”的根因，80% 落在 IP 规划、掩码、网关这三件事上。这篇把网络基础与 IP 子网规划完整过一遍。

一、网络单位换算（先把这个算明白）

网络里最常见的”看起来很快”陷阱：

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100Mbps 网卡 = 每秒传输 100M 个 bit
1 byte = 8 bit
100Mbps = 100000/8 KByte/s = 12500 KB/s ≈ 12.5 MB/s
千兆网卡 = 100 MB/s

所以百兆网卡实际跑 12.5MB/s 是”满速”，不是网卡坏了。存储单位按 1024 进制（K/M/G/T），网络单位按 1000 进制，这个差异也是排障时对不上数的主要原因。

二、网络设备三个角色

  • 交换机（二层）：让同一网络内的多台主机互通。靠 MAC 地址寻址（网卡物理地址，全球唯一，16 进制）。早期靠广播发数据，广播太多会形成”广播风暴”——拆成多个小局域网（广播域）解决；
  • 路由器（三层）：实现不同局域网互通，隔离广播风暴。路由 = 数据跨网段到达目的地的传递过程；
  • 网关：去往其他网段的必经之路（路由器的 IP）。看路由表：
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route -n
# 0.0.0.0  10.0.8.254  0.0.0.0  UG  eth0   ← 默认路由，10.0.8.254 是网关

口诀记忆：交换机 = 认识的人（局域网内），路由器 = 朋友介绍的朋友（跨网段）。

三、分层模型：OSI 七层 vs TCP/IP 四层

OSI 七层（从下到上）：物理层 → 数据链路层 → 网络层 → 传输层 → 会话层 → 表示层 → 应用层。实际用的是 TCP/IP 四层（网络接口/网络/传输/应用）。

数据封装与解封装：

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发送（封装，从上到下逐层加头）：应用 → TCP头+数据 → IP头+TCP头+数据 → 帧头+... → 比特流
接收（解封装，从下到上逐层去头）：逆过程

排障时”数据走到哪一层断了”是核心思路：物理层不通看网线/网卡，网络层不通看 IP/路由，传输层不通看端口，应用层不通看服务。

四、IP 地址与子网划分

分类与私有地址

IP = 网络号 + 主机号。公网地址全球唯一（Inter NIC 分配），私网地址组织内部使用可重复（RFC 1918）：

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A类 10.0.0.0/8        B类 172.16.0.0/12      C类 192.168.0.0/16
默认掩码：/8=255.0.0.0   /16=255.255.0.0       /24=255.255.255.0

子网掩码与可用主机数

掩码的作用：区分网络号与主机号（网络位为 1，主机位为 0）。

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一个网段可用地址 = 2^n - 2（n=主机位数，去掉网络地址和广播地址）
/24：2^8-2 = 254 台可用
/29：2^3-2 = 6 台可用
/30：2^2-2 = 2 台（点对点链路常用）

子网划分（向主机位借位）

生产场景：运营商给了 116.63.0.10/29——实际可用 6 个 IP（网络地址 .9 之后的 6 个，网关一般用第一个可用）。

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172.20.1.0/18 → 掩码 255.255.192.0
（11111111 11111111 11000000 00000000，网络位 18 位）

划分的意义：防止地址浪费、隔离广播域、降低网关负载。计算工具用 subnet 计算器，但面试和排障要能手算掩码和可用数。

VLSM / CIDR

  • VLSM：可变长子网掩码——大段里再细分小段（如 /24 拆 4 个 /26）；
  • CIDR：无类域间路由——/n 记法的来源，IP 段合并表达（如 10.0.8.0/24 表示整个网段）。

五、Linux 网卡配置（CentOS 7）

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# 文件：/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none          # 服务器固定 IP
IPADDR=10.0.8.11
PREFIX=24
GATEWAY=10.0.8.1
DNS1=223.5.5.5
ONBOOT=yes

# 生效：systemctl restart network（或 nmcli con reload）
# 临时加 IP（重启失效）：
ip addr add 10.0.8.12/24 dev eth0

六、常用排障命令速查

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ping -c3 10.0.8.1            # 连通性（不通 ≠ 不可达——可能禁 ICMP）
traceroute www.example.com    # 路由跟踪，看卡在哪一跳（跨机房慢排查）
telnet 10.0.8.11 3306        # 端口通不通（服务级别，比 ping 高一层）
nc -vz 10.0.8.11 22          # netcat 快速端口检测
ss -tulnp                    # 监听端口与状态（比 netstat 快）
ss -lnt | grep SYN           # 半连接队列（SYN 洪水排查）
tcpdump -i eth0 tcp port 22  # 抓包（看握手、看请求有没有到本机）
nmap -sT -p 80,443 10.0.8.11 # 端口扫描（只扫自己管理的资产！）
route -n                     # 路由表
curl -v http://10.0.8.11/    # 应用层连通 + 全流程

上不了网排查流程（从下往上逐层排除）：

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1. 网卡/物理层：ip a 看 IP 有没有、网线灯亮不亮
2. 网络层：ping 网关 → 通了说明本段通；ping 公网 IP（如 223.5.5.5）→ 不通查路由
3. 传输层：telnet 目标端口
4. 应用层：DNS 能不能解析（nslookup）、服务起没起

哪一层断了就处理哪一层——这是网络排障唯一正确的打开方式。下一篇把 TCP 协议本身讲透。