Linux 網路協議棧是根據 TCP/IP 模型來實現的，TCP/IP 模型由應用層、傳輸層、網路層和網路介面層，共四層組成，每一層都有各自的職責。

應用程式要傳送資料包時，通常是透過 socket 介面，於是就會發生系統呼叫，把應用層的資料複製到核心裡的 socket 層，接著由網路協議棧從上到下逐層處理後，最後才會送到網絡卡傳送出去。

而對於接收網路包時，同樣也要經過網路協議逐層處理，不過處理的方向與傳送資料時是相反的，也就是從下到上的逐層處理，最後才送到應用程式。

網路的速度往往跟使用者體驗是掛鉤的，那我們又該用什麼指標來衡量 Linux 的網路效能呢？以及如何分析網路問題呢？

這次，我們就來說這些。

效能指標有哪些？

通常是以 4 個指標來衡量網路的效能，分別是頻寬、延時、吞吐率、PPS（Packet Per Second），它們表示的意義如下：

頻寬

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

延時

，表示請求資料包傳送後，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 連線所需的時間延遲，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資料量，單位是 b/s（位元 / 秒）或者 B/s（位元組 / 秒），吞吐受頻寬限制，頻寬越大，吞吐率的上限才可能越高。

PPS

，全稱是 Packet Per Second（包 / 秒），表示以網路包為單位的傳輸速率，一般用來評估系統對於網路的轉發能力。

當然，除了以上這四種基本的指標，還有一些其他常用的效能指標，比如：

網路的可用性

，表示網路能否正常通訊；

併發連線數

，表示 TCP 連線數量；

丟包率

，表示所丟失資料包數量佔所傳送資料組的比率；

重傳率

，表示重傳網路包的比例；

你可能會問了，如何觀測這些效能指標呢？不急，繼續往下看。

網路配置如何看？

要想知道網路的配置和狀態，我們可以使用

ifconfig

或者

ip

命令來檢視。

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，來檢視網口

eth0

的配置等資訊：

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、閘道器地址、MTU 大小、網口的狀態以及網路包收發的統計資訊，下面就來說說這些資訊，它們都與網路效能有一定的關係。

第一，網口的連線狀態標誌。其實也就是表示對應的網口是否連線到交換機或路由器等裝置，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。預設值是

1500

位元組，其作用主要是限制網路包的大小，如果 IP 層有一個數據報要傳，而且資料幀的長度比鏈路層的 MTU 還大，那麼 IP 層就需要進行分片，即把資料報分成乾片，這樣每一片就都小於 MTU。事實上，每個網路的鏈路層 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、閘道器地址。這些資訊必須要配置正確，網路功能才能正常工作。

第四，網路包收發的統計資訊。通常有網路收發的位元組數、包數、錯誤數以及丟包情況的資訊，如果

TX

（傳送） 和

RX

（接收） 部分中 errors、dropped、overruns、carrier 以及 collisions 等指標不為 0 時，則說明網路傳送或者接收出問題了，這些出錯統計資訊的指標意義如下：

errors

表示發生錯誤的資料包數，比如校驗錯誤、幀同步錯誤等；

dropped

表示丟棄的資料包數，即資料包已經收到了 Ring Buffer（這個緩衝區是在核心記憶體中，更具體一點是在網絡卡驅動程式裡），但因為系統記憶體不足等原因而發生的丟包；

overruns

表示超限資料包數，即網路接收/傳送速度過快，導致 Ring Buffer 中的資料包來不及處理，而導致的丟包，因為過多的資料包擠壓在 Ring Buffer，這樣 Ring Buffer 很容易就溢位了；

carrier

表示發生 carrirer 錯誤的資料包數，比如雙工模式不匹配、物理電纜出現問題等；

collisions

表示衝突、碰撞資料包數；

ifconfig

和

ip

命令只顯示的是網口的配置以及收發資料包的統計資訊，而看不到協議棧裡的資訊，那接下來就來看看如何檢視協議棧裡的資訊。

socket 資訊如何檢視？

我們可以使用

netstat

或者

ss

，這兩個命令檢視 socket、網路協議棧、網口以及路由表的資訊。

雖然

netstat

與

ss

命令檢視的資訊都差不多，但是如果在生產環境中要檢視這類資訊的時候，儘量不要使用

netstat

命令，因為它的效能不好，在系統比較繁忙的情況下，如果頻繁使用

netstat

命令則會對效能的開銷雪上加霜，所以更推薦你使用效能更好的

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

）、接收佇列（

Recv-Q

）、傳送佇列（

Send-Q

）、本地地址（

Local Address

）、遠端地址（

Foreign Address

）、程序 PID 和程序名稱（

PID/Program name

）等。

接收佇列（

Recv-Q

）和傳送佇列（

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位元組數；

Send-Q

表示 socket 緩衝區中還沒有被遠端主機確認的位元組數；

而當 socket 狀態處於

Listen

時：

Recv-Q

表示全連線佇列的長度；

Send-Q

表示全連線佇列的最大長度；

在 TCP 三次握手過程中，當伺服器收到客戶端的 SYN 包後，核心會把該連線儲存到半連線佇列，然後再向客戶端傳送 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，核心會把連線從半連線佇列移除，然後建立新的完全的連線，並將其增加到全連線佇列 ，等待程序呼叫

accept（）

函式時把連線取出來。

也就說，全連線佇列指的是伺服器與客戶端完了 TCP 三次握手後，還沒有被

accept（）

系統呼叫取走連線的佇列。

那對於協議棧的統計資訊，依然還是使用

netstat

或

ss

，它們檢視統計資訊的命令如下：

ss

命令輸出的統計資訊相比

netsat

比較少，

ss

只顯示已經連線（

estab

）、關閉（

closed

）、孤兒（

orphaned

） socket 等簡要統計。

而

netstat

則有更詳細的網路協議棧資訊，比如上面顯示了 TCP 協議的主動連線（

active connections openings

）、被動連線（

passive connection openings

）、失敗重試（

failed connection attempts

）、傳送（

segments send out

）和接收（

segments received

）的分段數量等各種資訊。

網路吞吐率和 PPS 如何檢視？

可以使用

sar

命令當前網路的吞吐率和 PPS，用法是給

sar

增加

-n

引數就可以檢視網路的統計資訊，比如

sar -n DEV，顯示網口的統計資料；

sar -n EDEV，顯示關於網路錯誤的統計資料；

sar -n TCP，顯示 TCP 的統計資料

比如，我透過

sar

命令獲取了網口的統計資訊：

它們的含義：

rxpck/s

和

txpck/s

分別是接收和傳送的 PPS，單位為包 / 秒。

rxkB/s

和

txkB/s

分別是接收和傳送的吞吐率，單位是 KB/ 秒。

rxcmp/s

和

txcmp/s

分別是接收和傳送的壓縮資料包數，單位是包 / 秒。

對於頻寬，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

，表示位元而不是位元組。我們通常提到的千兆網絡卡、萬兆網絡卡等，單位也都是位元（

bit

）。如下你可以看到， eth0 網絡卡就是一個千兆網絡卡：

$ ethtool eth0 | grep Speed

Speed： 1000Mb/s

連通性和延時如何檢視？

要測試本機與遠端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，工作在網路層。

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），而且最後會彙總本次測試的情況，如果網路沒有丟包，

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。

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