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9.2 基础网络管理

本节介绍网络管理基础知识与故障排除技巧。

配置 IPv4

配置动态 IPv4 地址

如果网络中有 DHCP 服务器，可使用 DHCP 动态获取 IP 地址。FreeBSD 使用 dhclient(8) 作为 DHCP 客户端，dhclient(8) 可自动获取 IP 地址、子网掩码和默认路由器。

注意

dhclient(8) 不支持 DHCPv6（RFC 3315/RFC 8415），IPv6 动态地址需使用 rtsold(8)（SLAAC）或第三方 DHCPv6 客户端（如 dhcp6c）。

要使接口使用 DHCP，执行以下命令：

# sysrc ifconfig_em0="DHCP"

可以手动运行 dhclient(8)：

# dhclient em0
DHCPREQUEST on em0 to 255.255.255.255 port 67
DHCPACK from 192.168.1.1
bound to 192.168.1.19 -- renewal in 43200 seconds.

dhclient(8) 也可在后台启动。后台运行可能影响依赖网络的程序，但多数情况下能加快启动速度。

要在后台执行 dhclient(8)，执行以下命令：

# sysrc background_dhclient="YES"

随后重启网络接口：

配置静态 IPv4 地址

也可在命令行通过 ifconfig(8) 配置网络接口，但若不同时将这些配置写入 /etc/rc.conf 文件，重启后配置将丢失。

可通过以下命令设置 IP 地址：

要使更改在重启后持久化，执行以下命令：

一次性设置默认路由：

永久添加默认路由器：

将 DNS 服务器地址添加到 /etc/resolv.conf 文件：

随后重启网络接口和路由：

可使用 ping(8) 测试连接：

如能正常收到 ICMP 响应报文，表明网络已连通。

配置 IPv6

IPv6 是 IPv4 的后继协议。IPv6 相对于 IPv4 提供了多项优势和新功能：

  • 其 128 位地址空间可容纳约 3.4×10^38 个地址，从而解决了 IPv4 地址短缺与耗尽问题。

  • 路由器仅在路由表中存储网络聚合地址，通过地址聚合减少路由表条目，这与 IPv4 相比大幅降低了路由器的内存和 CPU 需求。

  • 地址自动配置（RFC 4862）。

  • 以多播取代广播地址。

  • 支持 IPsec（IP 安全），但非强制要求（RFC 6434 已将 IPv6 节点对 IPsec 的实现要求由 MUST 调整为 SHOULD，因此成为推荐而非必选）。

  • 简化的头部结构。

  • 对移动 IP 的支持。

  • IPv6 到 IPv4 的过渡机制。

FreeBSD 集成了 KAME 项目 IPv6 参考实现，并包含 IPv6 所需的全部组件。KAME 项目已于 2006 年结束，其代码由 FreeBSD 项目继续维护和演进。

IPv6 地址有三种不同类型：

类型
说明

单播（Unicast）

发送到单播地址的数据包到达属于该地址的接口

任播（Anycast）

地址在语法上与单播地址无法区分，但指向一组接口。发往任播地址的数据包将到达最近的接口

多播（Multicast）

地址标识一组接口。发往多播地址的数据包将到达属于多播组的所有接口。IPv4 广播地址（通常为 xxx.xxx.xxx.255）在 IPv6 中由多播地址表示

读取 IPv6 地址时，规范形式表示为 x:x:x:x:x:x:x:x，其中每个 x 代表一个 16 位十六进制值。例如 FEBC:A574:382B:23C1:AA49:4592:4EFE:9982。

IPv6 地址中常出现连续的全零字段。::（双冒号）可用于替换地址中一段连续的全零字段。此外，每个十六进制值最多可省略三个前导零。例如，fe80::1 对应规范形式 fe80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001。

部分 IPv6 地址为保留地址：

IPv6 地址
描述
说明

::/128

未指定地址

等同于 IPv4 中的 0.0.0.0

::1/128

回环地址

等同于 IPv4 中的 127.0.0.1

::ffff:0.0.0.0/96

IPv4 映射的 IPv6 地址

低 32 位是 IPv4 地址

fe80::/10

链路本地单播

等同于 IPv4 中的 169.254.0.0/16

fc00::/7

唯一本地

仅在协作站点集合内可路由

ff00::/8

多播

—

2000::/3

全局单播

所有全局单播地址从此池分配

2001:db8::/32

文档用途

用于文档中的 IPv6 地址前缀

配置动态 IPv6 地址

要使用 SLAAC 动态配置接口的 IPv6 地址：

注意，启用 IPv6 数据包转发（即 ipv6_gateway_enable=YES）后，除非将 net.inet6.ip6.rfc6204w3 sysctl(8) 变量设置为 1，否则系统不会配置 SLAAC 地址。

配置静态 IPv6 地址

要将 FreeBSD 系统配置为具有静态 IPv6 地址的 IPv6 客户端，需设置 IPv6 地址：

要分配默认路由器：

可使用 ping(8) 测试连接：

如能正常收到 ICMP 响应报文，表明网络已连通。

参考文献

  • Li Q, Jinmei T, Shima K. IPv6 详解：卷 1，核心协议实现[M]. 陈涓，赵振平，译. 北京：人民邮电出版社，2009：846. ISBN: 978-7-115-18950-9 (英文影印版本 ISBN: 978-7-115-19551-7). 详解 IPv6 核心协议实现，基于 FreeBSD KAME 项目代码分析。

  • Li Q, Jinmei T, Shima K. IPv6 详解：卷 2，高级协议实现[M]. 王嘉祯，等，译. 北京：人民邮电出版社，2009：869. ISBN: 978-7-115-20891-0 (英文影印版本 ISBN: 978-7-115-19519-7). 详解 IPv6 高级协议与扩展机制，包含移动 IPv6 等关键技术。

网卡别名

FreeBSD 的常见用途之一是虚拟站点托管，即一台服务器在网络中呈现为多台服务器。其实现方式是将多个网络地址分配给单个接口。

一个网络接口可配置一个主 IP 地址（Primary Address）以及任意数量的附加 IP 地址（Secondary Addresses），它们在底层网络通信中具有同等效力。

技巧

“别名”（alias）地址只是早期操作系统为了方便管理而沿用的传统称呼，对于物理网卡而言并无区别。实际上，IPv6 本身即支持多地址。

这些别名通常通过在 /etc/rc.conf 中添加别名条目来实现，如下所示：

别名条目必须以 alias0 开头，使用递增的数字，如 alias0、alias1，依此类推。配置过程将在第一个缺失的数字处停止。

别名子网掩码的计算非常重要。对于给定的接口，必须有一个地址正确表示网络的子网掩码。任何其他属于该网络的地址必须使用全 1 的子网掩码，表示为 255.255.255.255 或 0xffffffff。

例如，假设以下情况：em0 接口连接到两个网络：

  • 10.1.1.0、子网掩码为 255.255.255.0；

  • 202.0.75.16、子网掩码为 255.255.255.240。

我们需要为系统配置两个网段的 IP 地址范围：10.1.1.1 到 10.1.1.5，以及 202.0.75.17 到 202.0.75.20。

只有给定网络范围中的第一个地址应具有实际的子网掩码。其余地址（10.1.1.2 到 10.1.1.5 和 202.0.75.18 到 202.0.75.20）必须配置为子网掩码为 255.255.255.255。

网卡 em0 的 IP 别名结构如下图所示：

网卡 em0 的 IP 别名结构

以下 /etc/rc.conf 条目将接口配置为适应此场景：

一种更简洁的表达方式是使用以空格分隔的 IP 地址范围。第一个地址将使用指定的子网掩码，而额外的地址将使用子网掩码 255.255.255.255。

主机名

主机名代表主机在网络上的完全限定域名（FQDN，Fully Qualified Domain Name）。

检查当前主机名：

临时更改主机名：

更改主机名并使其在重启后持久化：

DNS

可将 DNS 类比为电话簿，其中 IP 地址与主机名相互对应。除非 /etc/nsswitch.conf 文件中另有说明，FreeBSD 将首先查看 /etc/hosts 文件中的地址，随后查看 /etc/resolv.conf 文件中的 DNS 信息。

相关文件结构：

本地地址 hosts 文件

/etc/hosts 文件是一个简单的文本数据库，提供主机名到 IP 地址的映射。通过 LAN 连接的本地计算机条目可添加到此文件中，用于简单的主机名解析，无须设置 DNS 服务器。此外，/etc/hosts 文件可提供互联网域名的本地记录，减少对外部 DNS 服务器的查询需求。

例如，在本地环境中有 www/gitlab-ce 的本地实例，可以将如下行添加到 /etc/hosts 文件：

配置 DNS 名称服务器

FreeBSD 系统访问 Internet 域名系统（DNS）的方式由 resolv.conf(5) 控制。/etc/resolv.conf 文件中最常见的条目是：

条目
说明

nameserver

解析器应查询的名称服务器的 IP 地址。服务器按列出的顺序查询，最多三个

search

主机名查找的搜索列表。通常由本地主机名的域确定

domain

本地域名

典型的 /etc/resolv.conf 文件如下：

search 和 domain 选项互斥；如果两者都指定，只有最后一个生效。使用 DHCP 时，dhclient(8) 通常会用从 DHCP 服务器接收的信息重写 /etc/resolv.conf 文件。

由于动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）客户端在获取网络配置时会通过 resolvconf 服务重写 /etc/resolv.conf，手动编辑该文件后，系统重启时配置可能被覆盖。

如需使用手动配置的 DNS 服务器而不希望系统自动更新覆盖，可禁用 resolvconf 服务。编辑 /etc/resolvconf.conf 文件（如不存在则创建），写入 resolvconf=NO 一行，该配置将禁用系统对 DNS 配置文件的自动更新。

参考文献

网络故障排除

首先检查以下基本要素：

  • 电源连接是否正常？

  • 路由器是否正常工作？

  • 宽带或网络费用是否缴纳？

  • 是否是区域性大规模网络中断事件？

  • 计算机的时间是否正确？

  • 网线是否连接正常？

  • 网络服务是否正确配置？

  • 防火墙是否正确配置？

  • 网卡是否受 FreeBSD 支持？

如果网卡工作正常但性能不佳，可参阅 tuning(7)。不正确的网络设置可能导致连接缓慢，应同时检查网络配置。

“No route to host”消息表示系统无法将数据包路由到目标主机。这通常是因为未指定默认路由或网线未连接。可使用 route get <目标地址> 命令查看系统对特定目标的路由决策，再检查 netstat -rn 的输出，确保有到主机的有效路由。

错误消息 ping: sendto: Permission denied 通常由防火墙配置错误引起。如果直接加载了 IPFW 防火墙模块但未配置任何规则，IPFW 的默认规则 65535 会拒绝所有流量，甚至是 ping(8)。

通过 rc.conf 启用防火墙时：

  • firewall_type 的默认值为 "UNKNOWN"，此时不会添加任何放行规则，仅有默认规则 65535（deny all）生效

  • 若将 firewall_type 显式设置为 "open"，则 IPFW 会在规则 65000 处添加放行规则，覆盖默认的拒绝行为。

PF 和 IPFilter 无规则时默认放行。

查看网卡速率

如需实时监控网络接口的流量统计信息，可使用 systat 工具的网络接口视图。该命令以指定的刷新间隔显示各网络接口的接收和发送流量数据：

其中 -ifstat 参数指定显示网络接口信息，数字 2 表示刷新间隔为 2 秒。

查看 FreeBSD 下载流量（bwm-ng）

如需查看更详细的网络流量统计，可安装 bwm-ng 工具，该工具提供多种流量显示格式和交互功能：

按字母 d 可切换流量显示格式，按 h 可查阅更多使用方法。

附录：/etc/rc.conf 网络配置示例

注意：

修改 /etc/rc.conf 文件后，需重启系统或依次运行命令 service netif restart 与 service routing restart 来应用网络更改。

主机名（不得为空，否则无法使用 Xorg）：

动态 DHCP 方式

动态 DHCP 方式：使网卡 igc0 使用 DHCP：

静态 IP 方式

静态 IP 方式：将网卡 igc0 的 IPv4 设置为 192.168.5.77，子网掩码为 255.255.255.0：

默认网关/默认路由，通常为路由器 IP 地址：

为网卡 igc0 设置别名 IPv4 192.168.5.12，子网掩码为 255.255.255.255（与主地址同子网时必须使用全 1 掩码）从而拥有额外的 IPv4 地址：

注意：

如果别名地址与主地址位于同一子网，必须将子网掩码设为 255.255.255.255（0xffffffff），否则会产生重复路由错误。不同子网的别名则使用该子网正常的子网掩码。

静态路由：

① 在 /etc/rc.conf 文件中，如果需要一次性写入多个配置项，只能使用 ABC_XYZ="xxx yyy ccc ddd" 这种格式。如果写成以下形式是 错误的：

因为在这种形式下，后续的 ABC_XYZ 配置行会覆盖前一行，因此只有最后一行会生效。

示例：如需访问 192.168.50.0/24 地址块（可用主机 IP 从 192.168.50.1 到 192.168.50.254），将数据包发送给 192.168.1.1，由其转发：

示例：如需访问网络 10.88.200.0/24 地址块（可用主机 IP 从 10.88.200.1 到 10.88.200.254），则将数据包发送至 10.10.10.254，由其转发：

课后习题

  1. 在 FreeBSD 系统上配置双静态 IP 地址，分别设置不同的 DNS 服务器，使用 dig 命令验证每个 DNS 服务器的解析行为，分析 /etc/resolv.conf 中多 DNS 服务器条目的查询顺序与容错机制。

  2. 修改网络接口的 MTU（Maximum Transmission Unit）值为 9000（巨型帧），使用 ping 测试连通性，记录 MTU 变化对大包传输的影响，分析巨型帧在局域网与广域网中的适用场景。

  3. 禁用 resolvconf 服务，手动修改 /etc/resolv.conf 文件并重启网络服务，验证配置是否持久化，分析 resolvconf 对 DNS 配置动态管理的机制。

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