网络基本功（十六）：细说网络性能监测与实例（下）
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介绍
网络问题中，性能问题是最复杂的问题之一，解决这样的问题能够透彻的了解整个网络的结构。但通过合适的吞吐量和数据流测试工具，能够帮你快速找到问题所在。本文承接上文，阐述netperf和netstat的用法。
更多信息
吞吐量测量:
(承接上文)
netperf
该程序是由HP创造，该程序免费可用，运行于一些Unix平台，有支持文档，也被移植到Windows平台。虽然不像ttcp那样无处不在，但它的测试范围更加广泛。
与ttcp不同，客户端和服务器端是分开的程序。服务器端是netserver，能够单独启动，或通过inetd启动。客户端是netperf。下例中，服务器和客户端启动于同一台机器：
bsd1# netserver
Starting netserver at port 12865
bsd1# netperf
TCP STREAM TEST to localhost : histogram
Recv Send Send
Socket Socket Message Elapsed
Size Size Size Time Throughput
bytes bytes bytes secs. 10^6bits/sec
16384 16384 16384 10.00 326.10
测试的是loop-back接口，报告显示吞吐量为326Mbps。
下例中，netserver启动于主机：
bsd1# netserver
Starting netserver at port 12865
netperf加上-H选项指定服务器地址：
bsd2# netperf -H 205.153.60.247
TCP STREAM TEST to 205.153.60.247 : histogram
Recv Send Send
Socket Socket Message Elapsed
Size Size Size Time Throughput
bytes bytes bytes secs. 10^6bits/sec
16384 16384 16384 10.01 6.86
大致与ttcp所得出的吞吐量相同。netperf还进行了一些额外的测试。以下测试中，还计算了连接的transaction rate：
bsd2# netperf -H 205.153.60.247 -tTCP_RR
TCP REQUEST/RESPONSE TEST to 205.153.60.247 : histogram
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes Bytes bytes bytes secs. per sec
16384 16384 1 1 10.00 655.84
16384 16384
该程序包含一些测试脚本。也可以使用netperf做各种流测试。
iperf
如果ttcp和netperf都不符合你的要求，那么可以考虑iperf。iperf也可以用于测试UDP带宽，丢失率，和抖动。Java前端让该工具便于使用。该工具同样移植入windows。
下例是运行iperf服务器端：
bsd2# iperf -s -p3000
------------------------------------------------------------
Server listening on TCP port 3000
TCP window size: 16.0 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[ 4] local 172.16.2.236 port 3000 connected with 205.153.63.30 port 1133
[ ID] Interval Transfer Bandwidth
[ 4] 0.0-10.0 sec 5.6 MBytes 4.5 Mbits/sec
^C
下例是在windows运行客户端：
C:\>iperf -c205.153.60.236
-p3000
------------------------------------------------------------
Client connecting to 205.153.60.236, TCP port 3000
TCP window size: 8.0 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[ 28] local 205.153.63.30 port 1133 connected with 205.153.60.236 port 3000
[ ID] Interval Transfer Bandwidth
[ 28] 0.0-10.0 sec 5.6 MBytes 4.5 Mbits/sec
注意使用Ctrl-C来终止服务器端。在TCP模式下，iperf相当于ttcp，所以它可盈用户客户端或服务器。
在研究TCP窗口是否足够大时，使用iperf特别方便。-w选项设置socket buffer大小。对于TCP来说，这就是窗口大小。通过-w选项，用户可以单步调试各种窗口大小来看它们是怎样影响吞吐量的。
其他工具
你也许想要考虑一些相关或类似的工具。treno使用的方法类似于traceroute来计算块容量，路径MTU，以及最小RTP。如下例所示：
bsd2# treno 205.153.63.30
MTU=8166 MTU=4352 MTU=2002 MTU=1492 ..........
Replies were from sloan.lander.edu [205.153.63.30]
Average rate: 3868.14 kbp/s (3380 pkts in + 42 lost = 1.2%) in 10.07 s
Equilibrium rate: 0 kbp/s (0 pkts in + 0 lost = 0%) in 0 s
Path properties: min RTT was 13.58 ms, path MTU was 1440 bytes
XXX Calibration checks are still under construction, use –v
通常来说，netperf，iperf和treno提供更加丰富的feature，但ttcp更加容易找到。
通过netstat进行流量测量:
在理想的网络环境下，如果把overhead算在内，吞吐量是很接近于带宽的。但是吞吐量往往低于期望值，这种情况下，你会想要知道差异在哪。如之前所提到的，可能与硬件或软件相关。但通常是由于网络上其他数据流的影响。如果你无法确定原因，下一步就是查看你网络上的数据流。
有三种基本方法可供采用。第一，最快的方法是使用如netstat这样的工具来查看链路行为。或通过抓包来查看数据流。最后，可使用基于SNMP的工具如ntop。
要得到网络上数据流的快照，使用-i选项。举例来说：
bsd2# netstat -i
Name Mtu Network Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Coll
lp0* 1500 <Link> 0 0 0 0 0
ep0 1500 <Link> 00.60.97.06.22.22 13971293 0 1223799 1 0
ep0 1500 205.153.63 bsd2 13971293 0 1223799 1 0
tun0* 1500 <Link> 0 0 0 0 0
sl0* 552 <Link> 0 0 0 0 0
ppp0* 1500 <Link> 0 0 0 0 0
lo0 16384 <Link> 234 0 234 0 0
lo0 16384 127 localhost 234 0 234 0 0
输出显示了自上一次重启以来，各接口所处理的报文数量。在本例中，接口ep0收到13,971,293个没有差错(Ierrs)的报文(Ipkts)，发送了1,223,799 个报文(Opkts)，有1个差错，没有冲突（Coll）。少量错误通常并不是造成告警的原因，但各错误所占比例应当是维持在较低水平，应该明显低于报文总量的0.1%。冲突可以稍微高一些，但应当少于数据流总量的10%。冲突数量仅包括那些影响接口的。较高数量的冲突喻示着网络负载较高，用户应当考虑分段。冲突只出现在特定媒介上。
如果你只想要单一接口的输出，可以通过-I选项指定，如：
bsd2# netstat -Iep0
Name Mtu Network Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Coll
ep0 1500 <Link> 00.60.97.06.22.22 13971838 0 1223818 1 0
ep0 1500 205.153.63 bsd2 13971838 0 1223818 1 0
随着实现的不同，输出可能看起来有些差异，但基本信息是一样的。例如，Linux平台的输出：
lnx1# netstat -i
Kernel Interface table
Iface MTU Met RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flg
eth0 1500 0 7366003 0 0 0 93092 0 0 0 BMRU
eth1 1500 0 289211 0 0 0 18581 0 0 0 BRU
lo 3924 0 123 0 0 0 123 0 0 0 LRU
如上例所示，Linux将丢失报文拆成三个目录：errors, drops,以及overruns。
不方便的是，netstat的返回值是系统自上一次重启之后的累计值。我们真正关心的是这些数值最近是怎样变化的，因为问题是在发展的，在它增长到足以显现问题之前会花费相当长的时间。
有时你会对系统做一些压力测试来看错误是否增加，可以使用ping加 –I选项或spray命令。
首先，运行netstat来得到当前值：
bsd2# netstat -Iep0
Name Mtu Network Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Coll
ep0 1500 <Link> 00.60.97.06.22.22 13978296 0 1228137 1 0
ep0 1500 205.153.63 bsd2 13978296 0 1228137 1 0
接下来，发送大量报文到目的地址。本例中，发送了1000个UDP报文：
bsd1# spray -c1000 205.153.63.239
sending 1000 packets of lnth 86 to 205.153.63.239 ...
in 0.09 seconds elapsed time
464 packets (46.40%) dropped
Sent: 11267 packets/sec, 946.3K bytes/sec
Rcvd: 6039 packets/sec, 507.2K bytes/sec
注意到该测试超出了网络容量，因为464个报文被丢弃了。这可能意味着网络拥塞。更加可能的是，主机正在尝试与一个慢速设备通信。当spray在相反方向运行时，没有报文丢弃。
最后，回到netstat来看看是否存在问题：
bsd2# netstat -Iep0
Name Mtu Network Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Coll
ep0 1500 <Link> 00.60.97.06.22.22 13978964 0 1228156 1 0
ep0 1500 205.153.63 bsd2 13978964 0 1228156 1 0
本例显示没有问题。
如果显示有问题，可以通过-s选项来得到。输出数据量可能有点吓人，但可以提供丰富的信息。信息按照协议和错误类型来分段，如bad checksum或报文头不完整。
在某些系统上，两次-s选项显示非零值的总和，如下所示：
bsd2# netstat -s -s
ip:
255 total packets received
255 packets for this host
114 packets sent from this host
icmp:
ICMP address mask responses are disabled
igmp:
tcp:
107 packets sent
81 data packets (8272 bytes)
26 ack-only packets (25 delayed)
140 packets received
77 acks (for 8271 bytes)
86 packets (153 bytes) received in-sequence
1 connection accept
1 connection established (including accepts)
77 segments updated rtt (of 78 attempts)
2 correct ACK header predictions
62 correct data packet header predictions
udp:
115 datagrams received
108 broadcast/multicast datagrams dropped due to no socket
7 delivered
7 datagrams output
通过-p选项显示某一协议的汇总信息，下例显示TCP非零值的统计信息：
bsd2# netstat -p tcp -s -s
tcp:
147 packets sent
121 data packets (10513 bytes)
26 ack-only packets (25 delayed)
205 packets received
116 acks (for 10512 bytes)
122 packets (191 bytes) received in-sequence
1 connection accept
1 connection established (including accepts)
116 segments updated rtt (of 117 attempts)
2 correct ACK header predictions
88 correct data packet header predictions
解释这一结果是需要一些经验的。一开始可以从大量错误信息开始看起。接下来，识别错误类型。通常，input error是由于硬件故障应期的。 Output error是由本地主机的问题造成。Data corruption,例如错误校验和，通常产生于服务器。冲突往往意味着网络拥塞。当然，这只是一般情况。
参考
Network Troubleshooting Tools