CentOS 7服务器搭建实战（一）

搭建在实战开始前，首先要理清一些理论性的网络基础知识和实用工具，对于服务器涉及的网络知识有很多，自己掌握的也并不是很全面也在不断学习充电当中，但针对本次Linux服务器项目的搭建，所需要的网络基础知识，在本文做一个覆盖，说清，理解，明白。

一、基础知识：TCP/IP协议栈

1.详细七层模型和缩略四层模型映射对应关系

七层模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

四层模型：网络访问层（数据链路层或网络接口层）、网络层、传输层、应用层

有些地方叫法不一样，实则表达含义是一样的，在TCP/IP 参考模型中，各项通信协议各有归属，像我们在浏览器中常用的：HTTP（超文本传输协议）、DNS（域名系统）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议等）都是属于应用层协议，而 TCP、UDP 则属于传输层协议，IP 则属于网络层协议

2.完整的一次网络通信过程模拟

为了对HTTP请求的通信过程有一个更好的理解，从TCP/IP四个层次出发，对应各个层次的通信实体，或者媒介（例如浏览器，路由器以及网线等），看各个协议是如何在这些通信实体中发生作用，将一个请求发送到服务器，服务器的响应又是如何赶回来的。

整体来讲，一次完整的通信，很像快递邮递包裹，物品被加上包装，写上地址信息和联系方式，经过一个又一个的快递中转站，到达收货人的位置。在网络请求中，请求的数据就是需要快递的物品，IP地址和MAC地址就是通信的地址，网线和路由器、交换机和集线器等就是运输道路和快递中转站，网络协议则可以看做快递员和快递政策，而和快递类似的是网络通信也会出现丢包（包裹损坏）等情况。所以说，一个简单的HTTP请求，要完整地拿到请求信息，中间有若干操作系统组件、通信协议、通信实体参与，才能保证通信的顺利进行。

那么，这个快递过程，其基本原则是通过分层的顺序，发送端由上往下发送，接收端则由下向上接收。为了保证数据顺利发送到下一个层次，会在发送在其头部加上一些必要的信息，这些信息是为了保证数据的完整和符合需求的约束信息。发送HTTP请求时，经常会设置Request Header，例如 ：Content-Type：text/html 是向服务器说明，需要的是 HTML 页面，返回其他东西是不行的。

这些头部信息还可能包含协议信息，请求路径、请求方法等，但这仅仅是发生在应用层，整个通信过程，经过四个层次，会被依次加上 HTTP 请求头，TCP头部、IP头部以及以太网头部。数据加上这些头部信息之后，才会被发往下一层，数据经过重重包装，从电脑网卡出发，穿过若干路由器，网线，交换机，到达目标服务器所在的子网，服务器要做的则是相反的过程，它会根据前面加上的头部信息，层层解析，最后到达服务器被处理（处理就是服务端程序代码的责任），之后再将响应数据返回。整体过程如下图：

数据在各个层次间依次传递，其传递的数据单位可以统一理解为数据包，数据包在不同的层次有不同的称呼，平时熟悉的是其从应用层出发时，将之称为HTTP请求消息（message）或者报文；为其加上消息头之后，发送至传输层，加上TCP头部，叫它报文段（segment）；到网络层，加上 IP 头部，成为 IP 数据包；到了最后的网络访问层，其已经套上层层包装，在这里在为其加上以太网首部的同时，还会加上一些尾部信息，摇身变为帧（framing），这个过程叫做封装过程。不管怎么叫，数据在各个层次间，是以数据包的形式传递，当数据量大时，还会出现分包传递的情况。

3.通信过程中每一协议参与流程

假设现对：https://www.google.com/ 进行访问

①.DNS查询解析

URL只是为了更友好识别网络程序而设置的互联网资源的定位标识，浏览器首先会对URL进行解析，获取到请求的协议（https），域名（google.com），路径（/），由于没有其他子域名，也就是查询 google 的默认主页，解析完毕后，DNS开始工作。

DNS，也就是域名查询系统，负责URL对应的IP地址的查询，每个操作系统会内置Socket协议库，协议库中有解析器（resolver）专门负责这个过程，经过 DNS 查询，浏览器拿到了请求资源的IP地址。IP地址，又叫网际协议地址，是分配给网络上设备的数字标识，也就是说，只要联网的设备，例如电脑、手机以及路由器等都是有IP地址的，其是我们的请求数据识别服务器在网络中的位置的必须标识。

②.MAC地址查询

IP地址在网络层使用，但在实际的数据链路上传递数据时，在同一个链路中不同的计算机，其必须要使用另一个地址来识别——Mac地址，又叫做物理地址。通常提到三个地址：IP地址、Mac地址以及端口号，三者分别代表的是：

IP地址：网络中互联的主机和路由器的标识。

Mac 地址：每个网卡硬件的物理地址。

端口号：识别同一个主机上不同的应用程序，也可以理解为程序地址。

所以，在一个网络通信中，需要用到五大识别符：源IP地址、目标IP地址、协议、源端口号和目标端口号。Mac地址是每一个网卡被生产的时候就写死在其中的，所以其是不变且唯一的，紧接着就是要得到服务器的Mac地址，引入一个新的协议——ARP。

ARP，英文全称叫做 Address Resolution Protocol，也就是地址解析协议，其作用是：根据IP地址获取通信设备的物理地址，其工作原理类似于以前我们常见的广播，它会将包发送给同一以太网的所有主机，若目标主机的Mac地址与对应的IP地址吻合，则找到了目标，但是若每次查询都要给所有的主机发送ARP请求，网络中则会出现很多ARP包，因此每个主机都会有一个ARP缓存，里面存放着常用的 MAC地址，主机会优先从缓存中查询是否有需要的信息，如果有就不再发送广播。Mac地址会在网络层加入IP头部发往网络访问层。其实仔细观察会发现，为了提高效率和性能，网络通信中随处可见缓存，HTTP 缓存、DNS缓存以及ARP缓存等。值得了解的是在IPv6中，有一个 NDP（邻居发现协议）替代 ARP 来完成这个工作。

③.套接字数据传输

之前提到操作系统中有一个协议库，负责本机中网络通信的很多功能，在DNS查询的时候，协议栈中的解析器就参与其中，当应用层获取到服务器的IP地址和MAC地址，已经拥有了数据传递的必要条件，接下来浏览器会向操作系统的协议库发出委托指令，调用其中Socket库中的程序组件，建立套接字（socket），套接字的本质可以理解为一个数据通道的出入口，其执行的是一个“打开，读/写，关闭”的流程。

在进行数据传输时，客户端和服务器都会创建一个套接字，之后调用socket库中的connect组件，该组件会依据描述符（套接字的匹配令符，与服务端的套接字的接头暗号），服务器的IP地址和端口号，在浏览器和目标服务器之间建立一个传输通道（实际上并没有真实的通道，中间隔着N多网关、路由器和防火墙，这样讲是为了更好理解），而听的最多的TCP三次握手四次挥手，实际就是发生在这个阶段，稍后作一个详细的说明。

通道建立之后，接下来就是数据的读写操作，程序代码无法直接控制套接字，它依然会委托Socket库中的组件来完成数据的读写（write 和 read），数据传输完成后，服务器会主动执行断开操作，调用Socket库中的close组件断开连接，浏览器发现之后，也会执行断开操作，数据传输完成。可以看到，在应用程序代码的背后，操作系统中内置的组件库和互联网协议互为网络通信的左膀右臂，共同负责整个通信过程，缺一不可。

4.三次握手和四次挥手

TCP和UDP是传输层中的两个主要协议，两者的区别是：前者是面向连接的（实际就是套接字管道）、可靠的流协议；后者则并不可靠，它采取一种“尽最大努力”的传输策略，浏览器、邮件等应用程序一般使用 TCP 传递数据，而像DNS查询等较短的收发则使用UDP。整体来讲，之所以要在发送数据之前建立套接字，正是因为TCP是面向连接的传输协议，在传输协议面前，你发送的内容无关紧要，它们会将之看为一串具有一定长度的数据。为了保证数据传输的可靠，TCP在套接字建立连接时，采用“三次握手”策略传输数据。下面是一张三次握手流程图：

说明：图中的syn是 Synchronize Sequence Numbers 的简写，也就是同步序列编号，拥有数据传输序列的标识；ack是acknowledgement，表示确认。

通俗来讲，是这样一个过程：

第一次握手：客户端尝试连接服务器，向服务器发送syn包（同步序列编号），syn=j，其进入SYN_SEND 状态等待服务器确认：我已准备好，随时出发！

第二次握手：服务器接收客户端 syn 包并确认（ack=j+1），同时向客户端发送一个 syn 包（syn=k），也即 syn + ack 包，此时服务器进入SYN_RECV 状态：收到请求，随时接收。

第三次握手：客户端收到服务器的 syn + ack 包，向服务器发送确认包 ack（ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED 状态，完成三次握手：OK，我知道了，那我们开始发送数据。

可能会觉得相当麻烦，确认一次就可以为什么需要三次握手呢？其实，为了保证数据传输的绝对可靠，三次确认是最少的次数，试想这样一种情况：在第一次得到确认后，客户端发送数据出去，但是这个数据由于中途网络等问题，迟迟到不了服务端，服务端选择关掉通道，但通道关闭后，刚刚的数据又跑过来了，这时候，服务端会将这个数据视为来自客户端的新的传输请求，同意建立连接，而建立一个新的连接，但是，客户端并没有发送数据，所以，它会忽视服务端的确认，也不会回应给服务端，服务端就在傻傻滴等待，但这种等待是没有结果的，这就造成了服务端资源的浪费。

知乎上有另外一种理解：之所以需要三次握手，本质的原因是：传输信道是不可靠的，你不知道网络会在什么时候出什么样的问题，所以，为了保证传输的确可靠，三次握手是理论上的最小值。

TCP传输数据时，并不是将所有数据一股脑全丢出去，而是会将数据存放在一个的发送缓冲区，并且会等待应用程序的下一段程序到达，之所以这样干，是因为一收到数据立马发送，很可能会造成信道的浪费与闲置，导致网络效率太低，就像明明很宽的马路，非要像过独木桥一样通过。

而TCP如何决定数据什么时候会发送，其拥有一套计算机制，整体来说，是按网络包的长度以及应用程序送包过来的时间，虽然你的数据很小，但你半天不发送，我也不会一直傻等着。

还有一种情况是，当发送过来的数据包很大时，会在缓冲区对包进行拆分发送，拆分的时候，TCP模块会计算好每一块数据的开头和结尾的字节数，并将之写在TCP头部信息中，以待对方确认，根据这些起始序号，接收方可以判断是否有数据遗漏的情况。

每发送一个包，就需要等待ack包的确认，这也是一种资源浪费，所以为了利用等待ack的空闲时间，数据可以不用等待ack直接发送，但是这会出现一种情况，一边一味地发送，但超过了接收方的处理能力，就会出现网络拥堵，得不偿失。为了解决这个问题，TCP 采取了一种滑动窗口的发送策略，它的原理是这样的：

滑动窗口实际上是数据流量控制策略，我们可以将所有的数据想象为一个序列，而窗口则是数据可处理的数据大小，接收方会将窗口的大小写入ack包的头部信息中，告知发送方，发送方会据此动态调整发送的速率，由于传输的持续进行，这个窗口大小会动态变化，因此达到了流量的控制，其本质的目的是，不要发的太快，让接收方处理不过来。

但是在浏览器和服务器之间，可能隔着极多的网关、路由器、交换机等，数据是如何在庞大无比的因特网上找到服务器的呢？这里就涉及到网络层协议了，实际上这一切在请求发送之前已经准备好了，我们使用DNS和ARP等方式，获取到了目标服务器的IP地址和Mac地址，这两个地址引导发送的数据包到达服务器，IP地址用于在网络中的所有主机中匹配通信的目标主机，IP地址包含网络标识和主机标识，前者用于区别不同的网段，后者找到同一网段的不同主机，数据到达路由器时，路由器会根据网络标识将数据转发到相应的网段，到达相应的网段之后，又会根据主机号，到达真正的主机。

记载到这里，可能会碰到一个疑惑，就是既然IP地址都能找到目标服务器，为什么还需要Mac地址？

其实是：在同一个网段内通信时，只用知道Mac地址，就可以精准找到目标，但是互联网上的网络数量无比庞大，网络被各大运营商分割为多个网段，每个网段又有多个子网，如果仅仅知道一个Mac地址，要在所有的网络设备进行匹配，就是相当大的工程了，这时候IP地址的妙用体现出来了，它可以用来找路，这就类似于快递中的省市地区等，而Mac地址可能是唯一的名字，你在全中国找一个小强的人那就太多了，但是你要具体到某一个村或小区，就很简单了。

另外一个原因是：交换机这个东西，只认Mac地址，就如同路由器根据IP地址决定网络请求的转发路线，交换机通过 Mac 地址来确定具体的网卡位置。

路由器、交换机、网线、光纤等正是TCP/IP四层协议的最底层，网络访问层，也就是OSI模型中的数据链路层和物理层，在这一层，数据被加上以太网首部，封装成帧在各个路由器之间转发传送，经常来说，路由器之间的传送又有常用的点对点协议，也就是PPP（Point-To-Point Protocol），这是一个网络访问层协议，PPP会在帧的前后加上帧界定符进行发送。最后，到达服务器所在子网，会将消息转交网络层向上传递。向上传递的过程如前所述，乃是解析头部信息，最终到达服务器的相反过程，不再细述。

这个过程可以在前面的整体过程图清晰看到，请求数据到达服务器所在子网的路由器之后，又是一个由下而上的过程，这与客户端发送数据基本相反，每经过一个层次，都会解析前面添加到请求数据上的多层头部信息，交由上一层处理，在整个TCP/IP协议栈的帮助下，请求数据终于到达了目标服务器，穿过服务器的网卡，服务器操作系统同样有协议栈来负责找到服务端程序对应的端口，将数据交由服务端应用程序处理。

服务器会根据我们的请求头信息，处理返回结果，之后请求响应信息重新出发，再次回到浏览器，浏览器收到请求后，经过解析、渲染过程，页面呈现在我们面前。

二、实用工具：vmware、Xshell（Putty）

1.vmware

vmware虚拟机，用最简单的一句话讲就是一个装载工具（容器），一个壳，它类似于EXSI或者说最近玩的比较火的Docker，简单看一下，这是我本地的一个vmware里面装了一个Ubuntu系统，用于编译路由器的OpenWrt固件所使用的，界面是比较简洁，一般我还常用CentOS 7的系统，目前没有装。

2.Xshell（Putty）

Xshell（Putty）其实就是一个连接工具，目前个人用比较多的就是Xshell，可以连接以Linux操作系统的服务器，现在绝大多数的VPS都会装Linux的CentOS 7的这款发行版，一般的像科学上网的部署，流量的伪装…….，这里不多说，反正有一台Linux的服务器，你可以干很多的事，目前我自己也有很多Linux的小主机服务器，绑定公网IP的要实现穿透技术…..，还是建议自己去买个阿里云、华为云…..这些大厂的云服务器，也简单的看一下吧，这是我连接的自己家一台安装Armbian操作系统的服务器，Armbian系统也是Linux系统的一种，它一般运行在ARM架构处理器的机器上跑。