一文掌握 Linux 性能分析之網絡篇
比較寬泛地講，網絡方向的性能分析既包括主機測的網絡配置查看、監控，又包括網絡鏈路上的包轉發時延、吞吐量、帶寬等指標分析。包括但不限于以下分析工具：
- ping：測試網絡連通性
- ifconfig：接口配置
- ip：網絡接口統計信息
- netsat：多種網絡棧和接口統計信息
- ifstat：接口網絡流量監控工具
- netcat：快速構建網絡連接
- tcpdump：抓包工具
- sar：統計信息歷史
- traceroute：測試網絡路由
- pathchar：確定網絡路徑特征
- dtrace：TCP/IP 棧跟蹤
- iperf / netperf / netserver：網絡性能測試工具
- perf 性能分析神器
本文先來看前面 7 個。
ping
ping 發送 ICMP echo 數據包來探測網絡的連通性，除了能直觀地看出網絡的連通狀況外，還能獲得本次連接的往返時間(RTT 時間)，丟包情況，以及訪問的域名所對應的 IP 地址(使用 DNS 域名解析)，比如：
我們 ping baidu.com，-c 參數指定發包數。可以看到，解析到了 baidu 的一臺服務器 IP 地址為 220.181.112.244。RTT 時間的平均和算術平均差分別是 40.732ms、40.762ms、40.791ms 和 0.248。
ifconfig
ifconfig 命令被用于配置和顯示 Linux 內核中網絡接口的統計信息。通過這些統計信息，我們也能夠進行一定的網絡性能調優。
1)ifconfig 顯示網絡接口配置信息
其中，RX/TX packets 是對接收/發送數據包的情況統計，包括錯誤的包，丟掉多少包等。RX/TX bytes 是接收/發送數據字節數統計。其余還有很多參數，就不一一述說了，性能調優時可以重點關注 MTU 和 txqueuelen(發送隊列長度)，比如可以用下面的命令來對這兩個參數進行微調：
- ifconfig eth0 txqueuelen 2000
- ifconfig eth0 mtu 1500
2)網絡接口地址配置
ifconfig 還常用來配置網口的地址，比如：
為網卡配置和刪除IPv6地址：
- ifconfig eth0 add 33ffe:3240:800:1005::2/64 #為網卡eth0配置IPv6地址
- ifconfig eth0 del 33ffe:3240:800:1005::2/64 #為網卡eth0刪除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 命令用來顯示或設置 Linux 主機的網絡接口、路由、網絡設備、策略路由和隧道等信息，是 Linux 下功能強大的網絡配置工具，旨在替代 ifconfig 命令，如下顯示 IP 命令的強大之處，功能涵蓋到 ifconfig、netstat、route 三個命令。
netstat
netstat 可以查看整個 Linux 系統關于網絡的情況，是一個集多鐘網絡工具于一身的組合工具。
常用的選項包括以下幾個：
- 默認：列出連接的套接字
- -a：列出所有套接字的信息
- -s：各種網絡協議棧統計信息
- -i：網絡接口信息
- -r：列出路由表
- -l：僅列出有在 Listen 的服務狀態
- -p：顯示 PID 和進程名稱
各參數組合使用實例如下：
- netstat -at 列出所有 TCP 端口
- netstat -au 列出所有 UDP 端口
- netstat -lt 列出所有監聽 TCP 端口的 socket
- netstat -lu 列出所有監聽 UDP 端口的 socket
- netstat -lx 列出所有監聽 UNIX 端口的 socket
- netstat -ap | grep ssh 找出程序運行的端口
- netstat -an | grep ':80' 找出運行在指定端口的進程
1)netstat 默認顯示連接的套接字數據
整體上來看，輸出結果包括兩個部分：
- Active Internet connections ：有源 TCP 連接，其中 Recv-Q 和 Send-Q 指的是接收隊列和發送隊列，這些數字一般都是 0，如果不是，說明請求包和回包正在隊列中堆積。
- Active UNIX domain sockets：有源 UNIX 域套接口，其中 proto 顯示連接使用的協議，RefCnt 表示連接到本套接口上的進程號，Types 是套接口的類型，State 是套接口當前的狀態，Path 是連接到套接口的進程使用的路徑名。
2)netstat -i 顯示網絡接口信息
接口信息包括網絡接口名稱(Iface)、MTU，以及一系列接收(RX-)和傳輸(TX-)的指標。其中 OK 表示傳輸成功的包，ERR 是錯誤包，DRP 是丟包，OVR 是超限包。
這些參數有助于我們對網絡收包情況進行分析，從而判斷瓶頸所在。
3)netstat -s 顯示所有網絡協議棧的信息
可以看到，這條命令能夠顯示每個協議詳細的信息，這有助于我們針對協議棧進行更細粒度的分析。
4)netstat -r 顯示路由表信息
這條命令能夠看到主機路由表的一個情況。當然查路由我們也可以用 ip route 和 route 命令，這個命令顯示的信息會更詳細一些。
ifstat
ifstat 主要用來監測主機網口的網絡流量，常用的選項包括：
- -a：監測主機所有網口
- -i：指定要監測的網口
- -t：在每行輸出信息前加上時間戳
- -b：以 Kbit/s 顯示流量數據，而不是默認的 KB/s
- -delay：采樣間隔(單位是 s)，即每隔 delay 的時間輸出一次統計信息
- -count：采樣次數，即共輸出 count 次統計信息
比如，通過以下命令統計主機所有網口某一段時間內的流量數據：
可以看出，分別統計了三個網口的流量數據，前面輸出的時間戳，有助于我們統計一段時間內各網口總的輸入、輸出流量。
netcat
netcat，簡稱 nc，命令簡單，但功能強大，在排查網絡故障時非常有用。
它主要被用來構建網絡連接。可以以客戶端和服務端的方式運行，當以服務端方式運行時，它負責監聽某個端口并接受客戶端的連接，因此可以用它來調試客戶端程序;當以客戶端方式運行時，它負責向服務端發起連接并收發數據，因此也可以用它來調試服務端程序，此時它有點像 Telnet 程序。
常用的選項包括以下幾種：
- -l：以服務端的方式運行，監聽指定的端口。默認是以客戶端的方式運行。
- -k：重復接受并處理某個端口上的所有連接，必須與 -l 一起使用。
- -n：使用 IP 地址表示主機，而不是主機名，使用數字表示端口號，而不是服務名稱。
- -p：當以客戶端運行時，指定端口號。
- -s：設置本地主機發出的數據包的 IP 地址。
- -C：將 CR 和 LF 兩個字符作為結束符。
- -U：使用 UNIX 本地域套接字通信。
- -u：使用 UDP 協議通信，默認使用的是 TCP 協議。
- -w：如果 nc 客戶端在指定的時間內未檢測到任何輸入，則退出。
- -X：當 nc 客戶端與代理服務器通信時，該選項指定它們之間的通信協議，目前支持的代理協議包括 “4”(SOCKS v.4)，“5”(SOCKS v.5)和 “connect” (HTTPs Proxy)，默認使用 SOCKS v.5。
- -x：指定目標代理服務器的 IP 地址和端口號。
下面舉一個簡單的例子，使用 nc 命令發送消息：
首先，啟動服務端，用 nc -l 0.0.0.0 12345 監聽端口 12345 上的所有連接。
然后，啟動客戶端，用 nc -p 1234 127.0.0.1 12345 使用 1234 端口連接服務器 127.0.0.1::12345。
接著就可以在兩端互發數據了。這里只是拋磚引玉，更多例子大家可以多實踐。
tcpdump
tcpdump是一個強大的網絡抓包工具。雖然有 wireshark 這樣更易使用的圖形化抓包工具，但 tcpdump 仍然是網絡排錯的必備利器。
tcpdump 選項很多，我就不一一列舉了，大家可以看文章末尾的引用來進一步了解。這里列舉幾種 tcpdump 常用的用法。
1)捕獲某主機的數據包
比如想要捕獲主機 200.200.200.100 上所有收到和發出的所有數據包，使用：
- tcpdump host 200.200.200.100
2)捕獲多個主機的數據包
比如要捕獲主機 200.200.200.1 和主機 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 )
同樣要捕獲主機 200.200.200.1 除了和主機 200.200.200.2 之外所有主機通信的 IP 包。使用：
tcpdump ip host 200.200.200.1 and ! 200.200.200.2
3)捕獲某主機接收或發出的某種協議類型的包
比如要捕獲主機 200.200.200.1 接收或發出的 Telnet 包，使用：
- tcpdump tcp port 23 host 200.200.200.1
4)捕獲某端口相關的數據包
比如捕獲在端口 6666 上通過的包，使用：
- tcpdump port 6666
5)捕獲某網口的數據包
比如捕獲在網口 eth0 上通過的包，使用：
- tcpdump -i eth0
下面還是舉個例子，抓取 TCP 三次握手的包：(具體抓包的過程請移步到我的公眾號進一步了解，那里閱讀體驗好一點，謝謝。)
總結：
本文總結了幾種初級的網絡工具，基本的網絡性能分析，通過組合以上幾種工具，基本都能應付，但對于復雜的問題，以上工具可能就無能為力了。更多高階的工具將在下文送上，敬請期待。
