Linux 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是根據(jù) TCP/IP 模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的,，TCP/IP 模型由應(yīng)用層,、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層,，共四層組成,，每一層都有各自的職責(zé)。

應(yīng)用程序要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí),，通常是通過(guò) socket 接口,，于是就會(huì)發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用，把應(yīng)用層的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核里的 socket 層,，接著由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧從上到下逐層處理后,，最后才會(huì)送到網(wǎng)卡發(fā)送出去。

而對(duì)于接收網(wǎng)絡(luò)包時(shí),，同樣也要經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議逐層處理,，不過(guò)處理的方向與發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是相反的，也就是從下到上的逐層處理,，最后才送到應(yīng)用程序,。

網(wǎng)絡(luò)的速度往往跟用戶(hù)體驗(yàn)是掛鉤的，那我們又該用什么指標(biāo)來(lái)衡量 Linux 的網(wǎng)絡(luò)性能呢,？以及如何分析網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題呢,？

性能指標(biāo)有哪些,？

通常是以 4 個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)的性能，分別是帶寬,、延時(shí),、吞吐率、PPS（Packet Per Second）,，它們表示的意義如下：

• 帶寬,，表示鏈路的最大傳輸速率，單位是 b/s （比特 / 秒）,，帶寬越大,，其傳輸能力就越強(qiáng)。

• 延時(shí),，表示請(qǐng)求數(shù)據(jù)包發(fā)送后，收到對(duì)端響應(yīng),，所需要的時(shí)間延遲,。不同的場(chǎng)景有著不同的含義，比如可以表示建立 TCP 連接所需的時(shí)間延遲,，或一個(gè)數(shù)據(jù)包往返所需的時(shí)間延遲,。

• 吞吐率，表示單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,，單位是 b/s（比特 / 秒）或者 B/s（字節(jié) / 秒）,，吞吐受帶寬限制，帶寬越大,，吞吐率的上限才可能越高,。

• PPS，全稱(chēng)是 Packet Per Second（包 / 秒）,，表示以網(wǎng)絡(luò)包為單位的傳輸速率,，一般用來(lái)評(píng)估系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)能力。

當(dāng)然,，除了以上這四種基本的指標(biāo),，還有一些其他常用的性能指標(biāo)，比如：

• 網(wǎng)絡(luò)的可用性,，表示網(wǎng)絡(luò)能否正常通信,；

• 并發(fā)連接數(shù)，表示 TCP 連接數(shù)量,；

• 丟包率,，表示所丟失數(shù)據(jù)包數(shù)量占所發(fā)送數(shù)據(jù)組的比率；

• 重傳率,，表示重傳網(wǎng)絡(luò)包的比例,；

你可能會(huì)問(wèn)了,，如何觀測(cè)這些性能指標(biāo)呢？不急,，繼續(xù)往下看,。

網(wǎng)絡(luò)配置如何看？

要想知道網(wǎng)絡(luò)的配置和狀態(tài),，我們可以使用 ifconfig 或者 ip 命令來(lái)查看,。

這兩個(gè)命令功能都差不多，不過(guò)它們屬于不同的軟件包,，ifconfig 屬于 net-tools 軟件包,，ip 屬于 iproute2 軟件包，我的印象中 net-tools 軟件包沒(méi)有人繼續(xù)維護(hù)了,，而 iproute2 軟件包是有開(kāi)發(fā)者依然在維護(hù),，所以更推薦你使用 ip 工具。

學(xué)以致用,，那就來(lái)使用這兩個(gè)命令,，來(lái)查看網(wǎng)口 eth0 的配置等信息：

雖然這兩個(gè)命令輸出的格式不盡相同，但是輸出的內(nèi)容基本相同,，比如都包含了 IP 地址,、子網(wǎng)掩碼、MAC 地址,、網(wǎng)關(guān)地址,、MTU 大小、網(wǎng)口的狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)包收發(fā)的統(tǒng)計(jì)信息,，下面就來(lái)說(shuō)說(shuō)這些信息,，它們都與網(wǎng)絡(luò)性能有一定的關(guān)系。

第一,，網(wǎng)口的連接狀態(tài)標(biāo)志,。其實(shí)也就是表示對(duì)應(yīng)的網(wǎng)口是否連接到交換機(jī)或路由器等設(shè)備，如果 ifconfig 輸出中看到有 RUNNING,，或者 ip 輸出中有 LOWER_UP,，則說(shuō)明物理網(wǎng)絡(luò)是連通的，如果看不到,，則表示網(wǎng)口沒(méi)有接網(wǎng)線(xiàn),。

第二，MTU 大小,。默認(rèn)值是 1500 字節(jié),，其作用主要是限制網(wǎng)絡(luò)包的大小，如果 IP 層有一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)要傳，而且網(wǎng)絡(luò)包的長(zhǎng)度比鏈路層的 MTU 還大,，那么 IP 層就需要進(jìn)行分片,，即把數(shù)據(jù)報(bào)分成若干片，這樣每一片就都小于 MTU,。事實(shí)上,，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路層 MTU 可能會(huì)不一樣，所以你可能需要調(diào)大或者調(diào)小 MTU 的數(shù)值,。

第三,，網(wǎng)口的 IP 地址、子網(wǎng)掩碼,、MAC 地址,、網(wǎng)關(guān)地址。這些信息必須要配置正確,，網(wǎng)絡(luò)功能才能正常工作,。

第四，網(wǎng)絡(luò)包收發(fā)的統(tǒng)計(jì)信息,。通常有網(wǎng)絡(luò)收發(fā)的字節(jié)數(shù),、包數(shù)、錯(cuò)誤數(shù)以及丟包情況的信息,，如果 TX（發(fā)送） 和 RX（接收） 部分中 errors、dropped,、overruns,、carrier 以及 collisions 等指標(biāo)不為 0 時(shí)，則說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)發(fā)送或者接收出問(wèn)題了,，這些出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)信息的指標(biāo)意義如下：

• errors 表示發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包數(shù),，比如校驗(yàn)錯(cuò)誤、幀同步錯(cuò)誤等,；

• dropped 表示丟棄的數(shù)據(jù)包數(shù),，即數(shù)據(jù)包已經(jīng)收到了 Ring Buffer（這個(gè)緩沖區(qū)是在內(nèi)核內(nèi)存中，更具體一點(diǎn)是在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序里）,，但因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)存不足等原因而發(fā)生的丟包,；

• overruns 表示超限數(shù)據(jù)包數(shù)，即網(wǎng)絡(luò)接收/發(fā)送速度過(guò)快,，導(dǎo)致 Ring Buffer 中的數(shù)據(jù)包來(lái)不及處理,，而導(dǎo)致的丟包，因?yàn)檫^(guò)多的數(shù)據(jù)包擠壓在 Ring Buffer,，這樣 Ring Buffer 很容易就溢出了,；

• carrier 表示發(fā)生 carrirer 錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包數(shù)，比如雙工模式不匹配、物理電纜出現(xiàn)問(wèn)題等,；

• collisions 表示沖突,、碰撞數(shù)據(jù)包數(shù)；

ifconfig 和 ip 命令只顯示的是網(wǎng)口的配置以及收發(fā)數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計(jì)信息,，而看不到協(xié)議棧里的信息,，那接下來(lái)就來(lái)看看如何查看協(xié)議棧里的信息。

socket 信息如何查看,？

我們可以使用 netstat 或者 ss,，這兩個(gè)命令查看 socket、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧,、網(wǎng)口以及路由表的信息,。

雖然 netstat 與 ss 命令查看的信息都差不多，但是如果在生產(chǎn)環(huán)境中要查看這類(lèi)信息的時(shí)候,，盡量不要使用 netstat 命令,，因?yàn)樗男阅懿缓茫谙到y(tǒng)比較繁忙的情況下,，如果頻繁使用 netstat 命令則會(huì)對(duì)性能的開(kāi)銷(xiāo)雪上加霜,，所以更推薦你使用性能更好的 ss 命令。

從下面這張圖,，你可以看到這兩個(gè)命令的輸出內(nèi)容：

可以發(fā)現(xiàn),，輸出的內(nèi)容都差不多， 比如都包含了 socket 的狀態(tài)（State）,、接收隊(duì)列（Recv-Q）,、發(fā)送隊(duì)列（Send-Q）、本地地址（Local Address）,、遠(yuǎn)端地址（Foreign Address）,、進(jìn)程 PID 和進(jìn)程名稱(chēng)（PID/Program name）等。

接收隊(duì)列（Recv-Q）和發(fā)送隊(duì)列（Send-Q）比較特殊,，在不同的 socket 狀態(tài),。它們表示的含義是不同的。

當(dāng) socket 狀態(tài)處于 Established時(shí)：

• Recv-Q 表示 socket 緩沖區(qū)中還沒(méi)有被應(yīng)用程序讀取的字節(jié)數(shù),；

• Send-Q 表示 socket 緩沖區(qū)中還沒(méi)有被遠(yuǎn)端主機(jī)確認(rèn)的字節(jié)數(shù),；

而當(dāng) socket 狀態(tài)處于 Listen 時(shí)：

• Recv-Q 表示全連接隊(duì)列的長(zhǎng)度；

• Send-Q 表示全連接隊(duì)列的最大長(zhǎng)度,；

在 TCP 三次握手過(guò)程中,，當(dāng)服務(wù)器收到客戶(hù)端的 SYN 包后，內(nèi)核會(huì)把該連接存儲(chǔ)到半連接隊(duì)列,，然后再向客戶(hù)端發(fā)送 SYN+ACK 包,，接著客戶(hù)端會(huì)返回 ACK,，服務(wù)端收到第三次握手的 ACK 后，內(nèi)核會(huì)把連接從半連接隊(duì)列移除,，然后創(chuàng)建新的完全的連接,，并將其增加到全連接隊(duì)列 ，等待進(jìn)程調(diào)用 accept() 函數(shù)時(shí)把連接取出來(lái),。

也就說(shuō),，全連接隊(duì)列指的是服務(wù)器與客戶(hù)端完了 TCP 三次握手后，還沒(méi)有被 accept() 系統(tǒng)調(diào)用取走連接的隊(duì)列,。

那對(duì)于協(xié)議棧的統(tǒng)計(jì)信息,，依然還是使用 netstat 或 ss，它們查看統(tǒng)計(jì)信息的命令如下：

ss 命令輸出的統(tǒng)計(jì)信息相比 netsat 比較少,，ss 只顯示已經(jīng)連接（estab）,、關(guān)閉（closed）、孤兒（orphaned） socket 等簡(jiǎn)要統(tǒng)計(jì),。

而 netstat 則有更詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧信息,，比如上面顯示了 TCP 協(xié)議的主動(dòng)連接（active connections openings）、被動(dòng)連接（passive connection openings）,、失敗重試（failed connection attempts）,、發(fā)送（segments send out）和接收（segments received）的分段數(shù)量等各種信息。

網(wǎng)絡(luò)吞吐率和 PPS 如何查看,？

可以使用 sar 命令當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的吞吐率和 PPS,，用法是給 sar 增加 -n 參數(shù)就可以查看網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)信息，比如

• sar -n DEV,，顯示網(wǎng)口的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),；

• sar -n EDEV，顯示關(guān)于網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),；

• sar -n TCP，顯示 TCP 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

比如,，我通過(guò) sar 命令獲取了網(wǎng)口的統(tǒng)計(jì)信息：

它們的含義：

• rxpck/s 和 txpck/s 分別是接收和發(fā)送的 PPS,，單位為包 / 秒。

• rxkB/s 和 txkB/s 分別是接收和發(fā)送的吞吐率,，單位是 KB/ 秒,。

• rxcmp/s 和 txcmp/s 分別是接收和發(fā)送的壓縮數(shù)據(jù)包數(shù)，單位是包 / 秒,。

對(duì)于帶寬,，我們可以使用 ethtool 命令來(lái)查詢(xún)，它的單位通常是 Gb/s 或者 Mb/s,，不過(guò)注意這里小寫(xiě)字母 b ,，表示比特而不是字節(jié),。我們通常提到的千兆網(wǎng)卡、萬(wàn)兆網(wǎng)卡等,，單位也都是比特（bit）,。如下你可以看到， eth0 網(wǎng)卡就是一個(gè)千兆網(wǎng)卡：

連通性和延時(shí)如何查看,？

要測(cè)試本機(jī)與遠(yuǎn)程主機(jī)的連通性和延時(shí),，通常是使用 ping 命令，它是基于 ICMP 協(xié)議的,，工作在網(wǎng)絡(luò)層,。

比如，如果要測(cè)試本機(jī)到 192.168.12.20 IP 地址的連通性和延時(shí)：

顯示的內(nèi)容主要包含 icmp_seq（ICMP 序列號(hào)）,、TTL（生存時(shí)間,，或者跳數(shù)）以及 time （往返延時(shí)），而且最后會(huì)匯總本次測(cè)試的情況,，如果網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有丟包,，packet loss 的百分比就是 0。

不過(guò),，需要注意的是,，ping 不通服務(wù)器并不代表 HTTP 請(qǐng)求也不通，因?yàn)橛械姆?wù)器的防火墻是會(huì)禁用 ICMP 協(xié)議的,。

工具總結(jié)