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Linux 網絡協議棧是根據 TCP/IP 模型來實現的，TCP/IP 模型由應用層、傳輸層、網絡層和網絡接口層，共四層組成，每一層都有各自的職責。
應用程式要發送數據包時，通常是通過 socket 接口，於是就會發生系統調用，把應用層的數據拷貝到內核裡的 socket 層，接著由網絡協議棧從上到下逐層處理後，最後才會送到網卡發送出去。
而對於接收網絡包時，同樣也要經過網絡協議逐層處理，不過處理的方向與發送數據時是相反的，也就是從下到上的逐層處理，最後才送到應用程式。
網絡的速度往往跟用戶體驗是掛鈎的，那我們又該用什麼指標來衡量 Linux 的網絡性能呢？以及如何分析網絡問題呢？
這次，我們就來說這些。
性能指標有哪些？
通常是以 4 個指標來衡量網絡的性能，分別是帶寬、延時、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。延時，表示請求數據包發送後，收到對端響應，所需要的時間延遲。不同的場景有著不同的含義，比如可以表示建立 TCP 連接所需的時間延遲，或一個數據包往返所需的時間延遲。吞吐率，表示單位時間內成功傳輸的數據量，單位是 b/s（比特 / 秒）或者 B/s（字節 / 秒），吞吐受帶寬限制，帶寬越大，吞吐率的上限才可能越高。PPS，全稱是 Packet Per Second（包 / 秒），表示以網絡包為單位的傳輸速率，一般用來評估系統對於網絡的轉發能力。當然，除了以上這四種基本的指標，還有一些其他常用的性能指標，比如：
網絡的可用性，表示網絡能否正常通信；並發連接數，表示 TCP 連接數量；丟包率，表示所丟失數據包數量佔所發送數據組的比率；重傳率，表示重傳網絡包的比例；你可能會問了，如何觀測這些性能指標呢？不急，繼續往下看。
網絡配置如何看？
要想知道網絡的配置和狀態，我們可以使用
ifconfig
或者
ip
命令來查看。
這兩個命令功能都差不多，不過它們屬於不同的軟體包，
ifconfig
屬於
net-tools
軟體包，
ip
屬於
iproute2
軟體包，我的印象中
net-tools
軟體包沒有人繼續維護了，而
iproute2
軟體包是有開發者依然在維護，所以更推薦你使用
ip
工具。
學以致用，那就來使用這兩個命令，來查看網口
eth0
的配置等信息：
雖然這兩個命令輸出的格式不盡相同，但是輸出的內容基本相同，比如都包含了 IP 地址、子網掩碼、MAC 地址、網關地址、MTU 大小、網口的狀態以及網路包收發的統計信息，下面就來說說這些信息，它們都與網絡性能有一定的關係。
第一，網口的連接狀態標誌。其實也就是表示對應的網口是否連接到交換機或路由器等設備，如果
ifconfig
輸出中看到有
RUNNING
，或者
ip
輸出中有
LOWER_UP
，則說明物理網路是連通的，如果看不到，則表示網口沒有接網線。
第二，MTU 大小。默認值是
1500
字節，其作用主要是限制網絡包的大小，如果 IP 層有一個數據報要傳，而且數據幀的長度比鏈路層的 MTU 還大，那麼 IP 層就需要進行分片，即把數據報分成乾片，這樣每一片就都小於 MTU。事實上，每個網絡的鏈路層 MTU 可能會不一樣，所以你可能需要調大或者調小 MTU 的數值。
第三，網口的 IP 地址、子網掩碼、MAC 地址、網關地址。這些信息必須要配置正確，網絡功能才能正常工作。
第四，網路包收發的統計信息。通常有網絡收發的字節數、包數、錯誤數以及丟包情況的信息，如果
TX
（發送） 和
RX
（接收） 部分中 errors、dropped、overruns、carrier 以及 collisions 等指標不為 0 時，則說明網絡發送或者接收出問題了，這些出錯統計信息的指標意義如下：
errors表示發生錯誤的數據包數，比如校驗錯誤、幀同步錯誤等；dropped表示丟棄的數據包數，即數據包已經收到了 Ring Buffer（這個緩衝區是在內核內存中，更具體一點是在網卡驅動程序裡），但因為系統內存不足等原因而發生的丟包；overruns表示超限數據包數，即網絡接收/發送速度過快，導致 Ring Buffer 中的數據包來不及處理，而導致的丟包，因為過多的數據包擠壓在 Ring Buffer，這樣 Ring Buffer 很容易就溢出了；carrier表示發生 carrirer 錯誤的數據包數，比如雙工模式不匹配、物理電纜出現問題等；collisions表示衝突、碰撞數據包數；
ifconfig
和
ip
命令只顯示的是網口的配置以及收發數據包的統計信息，而看不到協議棧裡的信息，那接下來就來看看如何查看協議棧裡的信息。
socket 信息如何查看？
我們可以使用
netstat
或者
ss
，這兩個命令查看 socket、網絡協議棧、網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，但是如果在生產環境中要查看這類信息的時候，儘量不要使用
netstat
命令，因為它的性能不好，在系統比較繁忙的情況下，如果頻繁使用
netstat
命令則會對性能的開銷雪上加霜，所以更推薦你使用性能更好的
ss
命令。
從下面這張圖，你可以看到這兩個命令的輸出內容：
可以發現，輸出的內容都差不多， 比如都包含了 socket 的狀態（State）、接收隊列（Recv-Q）、發送隊列（Send-Q）、本地地址（Local Address）、遠端地址（Foreign Address）、進程 PID 和進程名稱（PID/Program name）等。
接收隊列（Recv-Q）和發送隊列（Send-Q）比較特殊，在不同的 socket 狀態。它們表示的含義是不同的。
當 socket 狀態處於
Established
時：
Recv-Q表示 socket 緩衝區中還沒有被應用程式讀取的字節數；Send-Q表示 socket 緩衝區中還沒有被遠端主機確認的字節數；而當 socket 狀態處於
Listen
時：
Recv-Q表示全連接隊列的長度；Send-Q表示全連接隊列的最大長度；在 TCP 三次握手過程中，當伺服器收到客戶端的 SYN 包後，內核會把該連接存儲到半連接隊列，然後再向客戶端發送 SYN+ACK 包，接著客戶端會返回 ACK，服務端收到第三次握手的 ACK 後，內核會把連接從半連接隊列移除，然後創建新的完全的連接，並將其增加到全連接隊列 ，等待進程調用
accept()
函數時把連接取出來。
半連接隊列與全連接隊列
也就說，全連接隊列指的是伺服器與客戶端完了 TCP 三次握手後，還沒有被
accept()
系統調用取走連接的隊列。
那對於協議棧的統計信息，依然還是使用
netstat
或
ss
，它們查看統計信息的命令如下：
ss
命令輸出的統計信息相比
netsat
比較少，
ss
只顯示已經連接（estab）、關閉（closed）、孤兒（orphaned） socket 等簡要統計。
而
netstat
則有更詳細的網絡協議棧信息，比如上面顯示了 TCP 協議的主動連接（active connections openings）、被動連接（passive connection openings）、失敗重試（failed connection attempts）、發送（segments send out）和接收（segments received）的分段數量等各種信息。
網絡吞吐率和 PPS 如何查看？
可以使用
sar
命令當前網絡的吞吐率和 PPS，用法是給
sar
增加
-n
參數就可以查看網絡的統計信息，比如
sar -n DEV，顯示網口的統計數據；sar -n EDEV，顯示關於網絡錯誤的統計數據；sar -n TCP，顯示 TCP 的統計數據比如，我通過
sar
命令獲取了網口的統計信息：
它們的含義：
rxpck/s和txpck/s分別是接收和發送的 PPS，單位為包 / 秒。rxkB/s和txkB/s分別是接收和發送的吞吐率，單位是 KB/ 秒。rxcmp/s和txcmp/s分別是接收和發送的壓縮數據包數，單位是包 / 秒。對於帶寬，我們可以使用
ethtool
命令來查詢，它的單位通常是
Gb/s
或者
Mb/s
，不過注意這裡小寫字母
b
，表示比特而不是字節。我們通常提到的千兆網卡、萬兆網卡等，單位也都是比特（bit）。如下你可以看到， eth0 網卡就是一個千兆網卡：
$ ethtool eth0 | grep SpeedSpeed: 1000Mb/s
連通性和延時如何查看？
要測試本機與遠程主機的連通性和延時，通常是使用
ping
命令，它是基於 ICMP 協議的，工作在網絡層。
比如，如果要測試本機到
192.168.12.20
IP 地址的連通性和延時：
顯示的內容主要包含
icmp_seq
（ICMP 序列號）、
TTL
（生存時間，或者跳數）以及
time
（往返延時），而且最後會匯總本次測試的情況，如果網絡沒有丟包，
packet loss
的百分比就是 0。
不過，需要注意的是，
ping
不通伺服器並不代表 HTTP 請求也不通，因為有的伺服器的防火牆是會禁用 ICMP 協議的。