linux发短信需要连网吗_34丨关于Linux网络，你必须知道这些（下）

女爷i 2022-12-31 15:28 99阅读 0赞

上一节，学习了 Linux 网络的基础原理。简单回顾一下，Linux 网络根据 TCP/IP 模型，构建其网络协议栈。TCP/IP 模型由应用层、传输层、网络层、网络接口层等四层组成，这也是 Linux 网络栈最核心的构成部分。

应用程序通过套接字接口发送数据包时，先要在网络协议栈中从上到下逐层处理，然后才最终送到网卡发送出去；而接收数据包时，也要先经过网络栈从下到上的逐层处理，最后送到应用程序。

了解 Linux 网络的基本原理和收发流程后，你肯定迫不及待想知道，如何去观察网络的性能情况。具体而言，哪些指标可以用来衡量 Linux 的网络性能呢？

性能指标

实际上，我们通常用带宽、吞吐量、延时、PPS(Packet Per Second)等指标衡量网络的性能。

带宽，表示链路的最大传输速率，单位通常为 b/s (比特 / 秒)。

吞吐量，表示单位时间内成功传输的数据量，单位通常为 b/s(比特 / 秒)或者 B/s(字节 / 秒)。吞吐量受带宽限制，而吞吐量 / 带宽，也就是该网络的使用率。

延时，表示从网络请求发出后，一直到收到远端响应，所需要的时间延迟。在不同场景中，这一指标可能会有不同含义。比如，它可以表示，建立连接需要的时间(比如 TCP 握手延时)，或一个数据包往返所需的时间(比如 RTT)。

PPS，是 Packet Per Second(包 / 秒)的缩写，表示以网络包为单位的传输速率。PPS 通常用来评估网络的转发能力，比如硬件交换机，通常可以达到线性转发(即 PPS 可以达到或者接近理论最大值)。而基于 Linux 服务器的转发，则容易受网络包大小的影响。

除了这些指标，网络的可用性(网络能否正常通信)、并发连接数(TCP 连接数量)、丢包率(丢包百分比)、重传率(重新传输的网络包比例)等也是常用的性能指标。

接下来，请你打开一个终端，SSH 登录到服务器上，然后跟我一起来探索、观测这些性能指标。

网络配置

分析网络问题的第一步，通常是查看网络接口的配置和状态。你可以使用 ifconfig 或者 ip 命令，来查看网络的配置。我个人更推荐使用 ip 工具，因为它提供了更丰富的功能和更易用的接口。

ifconfig 和 ip 分别属于软件包 net-tools 和 iproute2，iproute2 是 net-tools 的下一代。通常情况下它们会在发行版中默认安装。但如果你找不到 ifconfig 或者 ip 命令，可以安装这两个软件包。

以网络接口 eth0 为例，你可以运行下面的两个命令，查看它的配置和状态：

$ ifconfig eth0

eth0: flags=4163 mtu 1500

inet 10.240.0.30 netmask 255.240.0.0 broadcast 10.255.255.255

inet6 fe80::20d:3aff:fe07:cf2a prefixlen 64 scopeid 0x20

ether 78:0d:3a:07:cf:3a txqueuelen 1000 (Ethernet)

RX packets 40809142 bytes 9542369803 (9.5 GB)

RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0

TX packets 32637401 bytes 4815573306 (4.8 GB)

TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

$ ip -s addr show dev eth0

2: eth0: mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000

link/ether 78:0d:3a:07:cf:3a brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

inet 10.240.0.30/12 brd 10.255.255.255 scope global eth0

valid\_lft forever preferred\_lft forever

inet6 fe80::20d:3aff:fe07:cf2a/64 scope link

valid\_lft forever preferred\_lft forever

RX: bytes packets errors dropped overrun mcast

9542432350 40809397 0 0 0 193

TX: bytes packets errors dropped carrier collsns

4815625265 32637658 0 0 0 0

你可以看到，ifconfig 和 ip 命令输出的指标基本相同，只是显示格式略微不同。比如，它们都包括了网络接口的状态标志、MTU 大小、IP、子网、MAC 地址以及网络包收发的统计信息。

这些具体指标的含义，在文档中都有详细的说明，不过，这里有几个跟网络性能密切相关的指标，需要你特别关注一下。

第一，网络接口的状态标志。ifconfig 输出中的 RUNNING ，或 ip 输出中的 LOWER\_UP ，都表示物理网络是连通的，即网卡已经连接到了交换机或者路由器中。如果你看不到它们，通常表示网线被拔掉了。

第二，MTU 的大小。MTU 默认大小是 1500，根据网络架构的不同(比如是否使用了 VXLAN 等叠加网络)，你可能需要调大或者调小 MTU 的数值。

第三，网络接口的 IP 地址、子网以及 MAC 地址。这些都是保障网络功能正常工作所必需的，你需要确保配置正确。

第四，网络收发的字节数、包数、错误数以及丢包情况，特别是 TX 和 RX 部分的 errors、dropped、overruns、carrier 以及 collisions 等指标不为 0 时，通常表示出现了网络 I/O 问题。其中：

errors 表示发生错误的数据包数，比如校验错误、帧同步错误等；

dropped 表示丢弃的数据包数，即数据包已经收到了 Ring Buffer，但因为内存不足等原因丢包；

overruns 表示超限数据包数，即网络 I/O 速度过快，导致 Ring Buffer 中的数据包来不及处理(队列满)而导致的丢包；

carrier 表示发生 carrirer 错误的数据包数，比如双工模式不匹配、物理电缆出现问题等；

collisions 表示碰撞数据包数。

套接字信息

ifconfig 和 ip 只显示了网络接口收发数据包的统计信息，但在实际的性能问题中，网络协议栈中的统计信息，我们也必须关注。你可以用 netstat 或者 ss ，来查看套接字、网络栈、网络接口以及路由表的信息。

我个人更推荐，使用 ss 来查询网络的连接信息，因为它比 netstat 提供了更好的性能(速度更快)。

比如，你可以执行下面的命令，查询套接字信息：

\# head -n 3 表示只显示前面 3 行

\# -l 表示只显示监听套接字

\# -n 表示显示数字地址和端口 (而不是名字)

\# -p 表示显示进程信息

$ netstat -nlp | head -n 3

Active Internet connections (only servers)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State PID/Program name

tcp 0 0 127.0.0.53:53 0.0.0.0:\* LISTEN 840/systemd-resolve

\# -l 表示只显示监听套接字

\# -t 表示只显示 TCP 套接字

\# -n 表示显示数字地址和端口 (而不是名字)

\# -p 表示显示进程信息

$ ss -ltnp | head -n 3

State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port

LISTEN 0 128 127.0.0.53%lo:53 0.0.0.0:\* users:(("systemd-resolve",pid=840,fd=13))

LISTEN 0 128 0.0.0.0:22 0.0.0.0:\* users:(("sshd",pid=1459,fd=3))

netstat 和 ss 的输出也是类似的，都展示了套接字的状态、接收队列、发送队列、本地地址、远端地址、进程 PID 和进程名称等。

其中，接收队列(Recv-Q)和发送队列(Send-Q)需要你特别关注，它们通常应该是 0。当你发现它们不是 0 时，说明有网络包的堆积发生。当然还要注意，在不同套接字状态下，它们的含义不同。

当套接字处于连接状态(Established)时，

Recv-Q 表示套接字缓冲还没有被应用程序取走的字节数(即接收队列长度)。

而 Send-Q 表示还没有被远端主机确认的字节数(即发送队列长度)。

当套接字处于监听状态(Listening)时，

Recv-Q 表示 syn backlog 的当前值。

而 Send-Q 表示最大的 syn backlog 值。

而 syn backlog 是 TCP 协议栈中的半连接队列长度，相应的也有一个全连接队列(accept queue)，它们都是维护 TCP 状态的重要机制。

顾名思义，所谓半连接，就是还没有完成 TCP 三次握手的连接，连接只进行了一半，而服务器收到了客户端的 SYN 包后，就会把这个连接放到半连接队列中，然后再向客户端发送 SYN+ACK 包。

而全连接，则是指服务器收到了客户端的 ACK，完成了 TCP 三次握手，然后就会把这个连接挪到全连接队列中。这些全连接中的套接字，还需要再被 accept() 系统调用取走，这样，服务器就可以开始真正处理客户端的请求了。

协议栈统计信息

类似的，使用 netstat 或 ss ，也可以查看协议栈的信息：

$ netstat -s

...

Tcp:

3244906 active connection openings

23143 passive connection openings

115732 failed connection attempts

2964 connection resets received

1 connections established

13025010 segments received

17606946 segments sent out

44438 segments retransmitted

42 bad segments received

5315 resets sent

InCsumErrors: 42

...

$ ss -s

Total: 186 (kernel 1446)

TCP: 4 (estab 1, closed 0, orphaned 0, synrecv 0, timewait 0/0), ports 0

Transport Total IP IPv6

\* 1446 - -

RAW 2 1 1

UDP 2 2 0

TCP 4 3 1

...

这些协议栈的统计信息都很直观。ss 只显示已经连接、关闭、孤儿套接字等简要统计，而 netstat 则提供的是更详细的网络协议栈信息。

比如，上面 netstat 的输出示例，就展示了 TCP 协议的主动连接、被动连接、失败重试、发送和接收的分段数量等各种信息。

网络吞吐和 PPS

接下来，我们再来看看，如何查看系统当前的网络吞吐量和 PPS。在这里，我推荐使用我们的老朋友 sar，在前面的 CPU、内存和 I/O 模块中，我们已经多次用到它。

给 sar 增加 -n 参数就可以查看网络的统计信息，比如网络接口(DEV)、网络接口错误(EDEV)、TCP、UDP、ICMP 等等。执行下面的命令，你就可以得到网络接口统计信息：

\# 数字 1 表示每隔 1 秒输出一组数据

$ sar -n DEV 1

Linux 4.15.0-1035-azure (ubuntu) 01/06/19 \_x86\_64\_ (2 CPU)

13:21:40 IFACE rxpck/s txpck/s rxkB/s txkB/s rxcmp/s txcmp/s rxmcst/s %ifutil

13:21:41 eth0 18.00 20.00 5.79 4.25 0.00 0.00 0.00 0.00

13:21:41 docker0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

13:21:41 lo 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

这儿输出的指标比较多，我来简单解释下它们的含义。

rxpck/s 和 txpck/s 分别是接收和发送的 PPS，单位为包 / 秒。

rxkB/s 和 txkB/s 分别是接收和发送的吞吐量，单位是 KB/ 秒。

rxcmp/s 和 txcmp/s 分别是接收和发送的压缩数据包数，单位是包 / 秒。

%ifutil 是网络接口的使用率，即半双工模式下为 (rxkB/s+txkB/s)/Bandwidth，而全双工模式下为 max(rxkB/s, txkB/s)/Bandwidth。

其中，Bandwidth 可以用 ethtool 来查询，它的单位通常是 Gb/s 或者 Mb/s，不过注意这里小写字母 b ，表示比特而不是字节。我们通常提到的千兆网卡、万兆网卡等，单位也都是比特。如下你可以看到，我的 eth0 网卡就是一个千兆网卡：

$ ethtool eth0 | grep Speed

Speed: 1000Mb/s

连通性和延时

最后，我们通常使用 ping ，来测试远程主机的连通性和延时，而这基于 ICMP 协议。比如，执行下面的命令，你就可以测试本机到 114.114.114.114 这个 IP 地址的连通性和延时：

\# -c3 表示发送三次 ICMP 包后停止

$ ping -c3 114.114.114.114

PING 114.114.114.114 (114.114.114.114) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 114.114.114.114: icmp\_seq=1 ttl=54 time=244 ms

64 bytes from 114.114.114.114: icmp\_seq=2 ttl=47 time=244 ms

64 bytes from 114.114.114.114: icmp\_seq=3 ttl=67 time=244 ms

\--- 114.114.114.114 ping statistics ---

3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2001ms

rtt min/avg/max/mdev = 244.023/244.070/244.105/0.034 ms

ping 的输出，可以分为两部分。

第一部分，是每个 ICMP 请求的信息，包括 ICMP 序列号(icmp\_seq)、TTL(生存时间，或者跳数)以及往返延时。

第二部分，则是三次 ICMP 请求的汇总。

比如上面的示例显示，发送了 3 个网络包，并且接收到 3 个响应，没有丢包发生，这说明测试主机到 114.114.114.114 是连通的；平均往返延时(RTT)是 244ms，也就是从发送 ICMP 开始，到接收到 114.114.114.114 回复的确认，总共经历 244ms。

小结

我们通常使用带宽、吞吐量、延时等指标，来衡量网络的性能；相应的，你可以用 ifconfig、netstat、ss、sar、ping 等工具，来查看这些网络的性能指标。

在下一节中，我将以经典的 C10K 和 C100K 问题，带你进一步深入 Linux 网络的工作原理。

思考

最后，我想请你来聊聊，你理解的 Linux 网络性能。你常用什么指标来衡量网络的性能？又用什么思路分析相应性能问题呢？你可以结合今天学到的知识，提出自己的观点。

欢迎在留言区和我讨论，也欢迎你把这篇文章分享给你的同事、朋友。我们一起在实战中演练，在交流中进步。

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