一文掌握 Linux 性能分析之网络篇

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这是 Linux 性能分析系列的第四篇，前三篇在这里：

一文掌握 Linux 性能分析之 CPU 篇

一文掌握 Linux 性能分析之内存篇

一文掌握 Linux 性能分析之 I/O 篇

比较宽泛地讲，网络方向的性能分析既包括主机测的网络配置查看、监控，又包括网络链路上的包转发时延、吞吐量、带宽等指标分析。包括但不限于以下分析工具：

• ping：测试网络连通性
• ifconfig：接口配置
• ip：网络接口统计信息
• netsat：多种网络栈和接口统计信息
• ifstat：接口网络流量监控工具
• netcat：快速构建网络连接
• tcpdump：抓包工具
• sar：统计信息历史
• traceroute：测试网络路由
• pathchar：确定网络路径特征
• dtrace：TCP/IP 栈跟踪
• iperf / netperf / netserver：网络性能测试工具
• perf 性能分析神器

本文先来看前面 7 个。

ping

ping 发送 ICMP echo 数据包来探测网络的连通性，除了能直观地看出网络的连通状况外，还能获得本次连接的往返时间（RTT 时间），丢包情况，以及访问的域名所对应的 IP 地址（使用 DNS 域名解析），比如：

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我们 ping baidu.com，-c 参数指定发包数。可以看到，解析到了 baidu 的一台服务器 IP 地址为 220.181.112.244。RTT 时间的最小、平均、最大和算术平均差分别是 40.732ms、40.762ms、40.791ms 和 0.248。

ifconfig

ifconfig 命令被用于配置和显示 Linux 内核中网络接口的统计信息。通过这些统计信息，我们也能够进行一定的网络性能调优。

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1）ifconfig 显示网络接口配置信息

其中，RX/TX packets 是对接收/发送数据包的情况统计，包括错误的包，丢掉多少包等。RX/TX bytes 是接收/发送数据字节数统计。其余还有很多参数，就不一一述说了，性能调优时可以重点关注 MTU（最大传输单元） 和 txqueuelen（发送队列长度），比如可以用下面的命令来对这两个参数进行微调：

ifconfig eth0 txqueuelen 2000
ifconfig eth0 mtu 1500 

2）网络接口地址配置

ifconfig 还常用来配置网口的地址，比如：
为网卡配置和删除IPv6地址：

ifconfig eth0 add 33ffe:3240:800:1005::2/64    #为网卡eth0配置IPv6地址
ifconfig eth0 del 33ffe:3240:800:1005::2/64    #为网卡eth0删除IPv6地址

修改MAC地址：

ifconfig eth0 hw ether 00:AA:BB:CC:dd:EE

配置IP地址：

ifconfig eth0 192.168.2.10
ifconfig eth0 192.168.2.10 netmask 255.255.255.0
ifconfig eth0 192.168.2.10 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.2.255

IP

ip 命令用来显示或设置 Linux 主机的网络接口、路由、网络设备、策略路由和隧道等信息，是 Linux 下功能强大的网络配置工具，旨在替代 ifconfig 命令，如下显示 IP 命令的强大之处，功能涵盖到 ifconfig、netstat、route 三个命令。

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netstat

netstat 可以查看整个 Linux 系统关于网络的情况，是一个集多钟网络工具于一身的组合工具。
常用的选项包括以下几个：

• 默认：列出连接的套接字
• -a：列出所有套接字的信息
• -s：各种网络协议栈统计信息
• -i：网络接口信息
• -r：列出路由表
• -l：仅列出有在 Listen 的服务状态
• -p：显示 PID 和进程名称

各参数组合使用实例如下：

• netstat -at 列出所有 TCP 端口
• netstat -au 列出所有 UDP 端口
• netstat -lt 列出所有监听 TCP 端口的 socket
• netstat -lu 列出所有监听 UDP 端口的 socket
• netstat -lx 列出所有监听 UNIX 端口的 socket
• netstat -ap | grep ssh 找出程序运行的端口
• netstat -an | grep ':80' 找出运行在指定端口的进程

1）netstat 默认显示连接的套接字数据

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整体上来看，输出结果包括两个部分：

• Active Internet connections ：有源 TCP 连接，其中 Recv-Q 和 Send-Q 指的是接收队列和发送队列，这些数字一般都是 0，如果不是，说明请求包和回包正在队列中堆积。
• Active UNIX domain sockets：有源 UNIX 域套接口，其中 proto 显示连接使用的协议，RefCnt 表示连接到本套接口上的进程号，Types 是套接口的类型，State 是套接口当前的状态，Path 是连接到套接口的进程使用的路径名。

2）netstat -i 显示网络接口信息

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接口信息包括网络接口名称（Iface）、MTU，以及一系列接收（RX-）和传输（TX-）的指标。其中 OK 表示传输成功的包，ERR 是错误包，DRP 是丢包，OVR 是超限包。

这些参数有助于我们对网络收包情况进行分析，从而判断瓶颈所在。

3）netstat -s 显示所有网络协议栈的信息

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可以看到，这条命令能够显示每个协议详细的信息，这有助于我们针对协议栈进行更细粒度的分析。

4）netstat -r 显示路由表信息

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这条命令能够看到主机路由表的一个情况。当然查路由我们也可以用 ip route 和 route 命令，这个命令显示的信息会更详细一些。

ifstat

ifstat 主要用来监测主机网口的网络流量，常用的选项包括：

• -a：监测主机所有网口
• -i：指定要监测的网口
• -t：在每行输出信息前加上时间戳
• -b：以 Kbit/s 显示流量数据，而不是默认的 KB/s
• -delay：采样间隔（单位是 s），即每隔 delay 的时间输出一次统计信息
• -count：采样次数，即共输出 count 次统计信息

比如，通过以下命令统计主机所有网口某一段时间内的流量数据：

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可以看出，分别统计了三个网口的流量数据，前面输出的时间戳，有助于我们统计一段时间内各网口总的输入、输出流量。

netcat

netcat，简称 nc，命令简单，但功能强大，在排查网络故障时非常有用，因此它也在众多网络工具中有着“瑞士军刀”的美誉。

它主要被用来构建网络连接。可以以客户端和服务端的方式运行，当以服务端方式运行时，它负责监听某个端口并接受客户端的连接，因此可以用它来调试客户端程序；当以客户端方式运行时，它负责向服务端发起连接并收发数据，因此也可以用它来调试服务端程序，此时它有点像 Telnet 程序。

常用的选项包括以下几种：

• -l：以服务端的方式运行，监听指定的端口。默认是以客户端的方式运行。
• -k：重复接受并处理某个端口上的所有连接，必须与 -l 一起使用。
• -n：使用 IP 地址表示主机，而不是主机名，使用数字表示端口号，而不是服务名称。
• -p：当以客户端运行时，指定端口号。
• -s：设置本地主机发出的数据包的 IP 地址。
• -C：将 CR 和 LF 两个字符作为结束符。
• -U：使用 UNIX 本地域套接字通信。
• -u：使用 UDP 协议通信，默认使用的是 TCP 协议。
• -w：如果 nc 客户端在指定的时间内未检测到任何输入，则退出。
• -X：当 nc 客户端与代理服务器通信时，该选项指定它们之间的通信协议，目前支持的代理协议包括 “4”（SOCKS v.4），“5”（SOCKS v.5）和 “connect” （HTTPs Proxy），默认使用 SOCKS v.5。
• -x：指定目标代理服务器的 IP 地址和端口号。

下面举一个简单的例子，使用 nc 命令发送消息：

首先，启动服务端，用 nc -l 0.0.0.0 12345 监听端口 12345 上的所有连接。

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然后，启动客户端，用 nc -p 1234 127.0.0.1 12345 使用 1234 端口连接服务器 127.0.0.1::12345。

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接着就可以在两端互发数据了。这里只是抛砖引玉，更多例子大家可以多实践。

tcpdump

最后是 tcpdump，强大的网络抓包工具。虽然有 wireshark 这样更易使用的图形化抓包工具，但 tcpdump 仍然是网络排错的必备利器。

tcpdump 选项很多，我就不一一列举了，大家可以看文章末尾的引用来进一步了解。这里列举几种 tcpdump 常用的用法。

1）捕获某主机的数据包

比如想要捕获主机 200.200.200.100 上所有收到和发出的所有数据包，使用：

tcpdump host 200.200.200.100

2）捕获多个主机的数据包

比如要捕获主机 200.200.200.1 和主机 200.200.200.2 或 200.200.200.3 的通信，使用：

tcpdump host 200.200.200.1 and \(200.200.200.2 or \)

同样要捕获主机 200.200.200.1 除了和主机 200.200.200.2 之外所有主机通信的 IP 包。使用：

tcpdump ip host 200.200.200.1 and ! 200.200.200.2

3）捕获某主机接收或发出的某种协议类型的包

比如要捕获主机 200.200.200.1 接收或发出的 Telnet 包，使用：

tcpdump tcp port 23 host 200.200.200.1

4）捕获某端口相关的数据包

比如捕获在端口 6666 上通过的包，使用：

tcpdump port 6666

5）捕获某网口的数据包

比如捕获在网口 eth0 上通过的包，使用：

tcpdump -i eth0

下面还是举个例子，抓取 TCP 三次握手的包：（具体抓包的过程请移步到我的公众号进一步了解，那里阅读体验好一点，谢谢。）

总结：

本文总结了几种初级的网络工具，基本的网络性能分析，通过组合以上几种工具，基本都能应付，但对于复杂的问题，以上工具可能就无能为力了。更多高阶的工具将在下文送上，敬请期待。

参考：
基础 http://kuring.me/post/linux_net_tools/

讲 ip 和 ifconfig 很强大的一篇文章：

https://blog.csdn.net/freeking101/article/details/68939059

https://www.alibabacloud.com/help/zh/faq-detail/55757.htm

性能之巅：Linux网络性能分析工具http://www.infoq.com/cn/articles/linux-networking-performance-analytics
抓包工具tcpdump用法说明 https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/7064286.html
https://www.shiyanlou.com/courses/92

http://linuxtools-rst.readthedocs.io/zh_CN/latest/index.html

https://www.shiyanlou.com/courses/92/labs/972/document

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