【Linux内核二】常用的网络丢包错包debug工具介绍

目录

ifconfig

Ifconfig输出各字段简述

txqueuelen

RX和TX的errors指哪些错误

dropped与overruns的区别

常用ifconfig配置命令

显示网卡信息

启动关闭指定网卡

配置和删除ip地址

修改MAC地址

启用和关闭ARP协议

设置最大传输单元

设置网卡的promiscuous模式

设置网卡的多播模式

配置和删除IPv6地址

配置txqqueuelen

ethtool

netstat

---

ifconfig

关于此工具找到一篇雄文：note/ifconfig.md at master · vikyd/note · GitHub

Ifconfig输出各字段简述

以下图的Ubuntu系统为例：

 字段：eth0

含义：网卡名，网卡驱动里定义的名称，这个没什么好说的。

字段：flags

示例：flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>

含义：表示当前网卡的状态（此列表并非可操作的命令）

详细：

UP：表示网卡已启动（interface is up），无 UP 则表示网卡未启动（ifconfig -a 显示未启动网卡）

BROADCAST：网卡的广播地址有效（broadcast address valid. Volatile）

RUNNING：网卡已连接到路由器等设备（interface RFC2863 OPER_UP. Volatile）

与UP的区别：UP 表示网卡本身启动了，RUNNING 表示是否连接到了路由器等设备。

MULTICAST：可以发送组播包（或说多播）（Supports multicast）

关于4613的这个数字怎么来的，请查看雄文原文，这里不多提了。

字段：mtu

示例：mtu 1500

全称：Linux 文档中称为：Maximum Transfer Unit维基百科中称为：Maximum Transmission Unit

含义：最大传输单元；指链路层（第 2 层）的 frame 的 payload（负载）的最大大小；Linux 中 MTU 对发送和接收都起作用。

单位：Byte

详细：为什么mtu通常是1500？请查看原文。

字段：inet

示例：inet 10.10.10.11 netmask 255.255.240.0 broadcast 10.10.10.255 中的 10.10.10.11

全称：Internet

含义：TCP/IP 的 IPv4 地址（IPv6 的字段为inet6）

理解：互联网基于TCP/IP 协议族（protocol family），所以通常inet指IP地址

类型：除了inet，还可能会有：inet6、ax25、ddp、ipx、netrom 等类型

字段：netmask

示例：netmask 255.255.240.0

全称：IP network mask

中文：子网掩码

字段：broadcast

示例：broadcast 10.10.10.255

全称：IP broadcast address

中文：广播地址

字段：inet6

示例：inet6 fe80::215:5dff:fef6:a8e7

全称：类似前面 inet

含义：TCP/IP 的 IPv6 地址

字段：prefixlen

示例：prefixlen 64

全称：prefix length

含义：表示此地址的前64位是网络前缀，作用类似于IPv4的子网掩码

字段：scopeid

示例：scopeid 0x20<link>

全称：scope id

含义：0x20<link> 表示 IPv6 的 Link-Local类型地址

字段：ether

示例：ether 42:01:0a:aa:00:03

全称：Ethernet

中文：以太网

含义：表示网卡的 MAC 地址

理解：对应第 2 层链路层的Ethernet协议

字段：txqueuelen

示例：txqueuelen 1000

全称：transmit queue length

理解：发送数据时qdisc（Queuing Disciplines）队列的大小

单位：sk_buff（socket buffer）

详细：txqueuelen 是一个比较长的话题，见后面txqueuelen小节

字段：RX 与 TX

示例：

RX packets 69426519  bytes 20960261647 (19.5 GiB)

RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0

TX packets 73886979  bytes 15013465511 (13.9 GiB)

TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

这两个大字段数据主要 来源于 /proc/net/dev（查看：cat /proc/net/dev）

参考：Linux输出 /proc/net/dev的源码

字段：RX

示例：

RX packets 69426519  bytes 20960261647 (19.5 GiB)

RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0

全称：Received

含义：网卡接收数据的统计

字段：

packets 69426519：成功接收到的数据包数量

单位：sk_buff（与第 2 层链路层的frame的数量相等）

注意：这不是第3层网络层的单位packet

bytes 20960261647 (19.5 GiB)：数据 + 各层header的字节数量

换算：CentOS 貌似常按 1024 换算成 GiB，Ubuntu 貌似常按 1000 换算成 GB，参考 man 7 units

errors：出错的包数量

单位：sk_buff

注意：此数值不等于后面 dropped、overruns、frame字段的总和，原因见后面 RX的errors指哪些错误小节

dropped：Linux 内核对应的sk_buff满了导致的丢包

单位：sk_buff

可能原因之一：Linux系统内存不足，导致从网卡拷贝数据到系统内存时丢包

overruns：Linux 内核对应的Ring Buffer满了导致的丢包

单位：sk_buff

可能原因之一：CPU 很忙无法及时处理网卡申请的中断

对应 Linux Kernel 的 rx_fifo_errors

注意：详细见后面dropped与overruns的区别小节

frame：指第2层链路层的frame的bit数不能被8整除，不符合帧的定义的错误

单位：sk_buff

可能原因之一：网卡、交换机等硬件故障导致

详细：见后面RX和TX小节

字段：TX

示例：

TX packets 73886979  bytes 15013465511 (13.9 GiB)

TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

全称：Transmitted

含义：网卡发送数据的统计

字段：

与 RX 同名的字段：略过

errors：与前面 RX 的 errors 包含的错误类型有些不一样

carrier：硬件调制信号（modulation of signal）导致的出错包数量

collisions：冲突的包数量

txqueuelen

txqueuelen是发送数据时qdisc的允许队列大小，txqueuelen 的单位是 sk_buff（socket buffer），发送数据时，应用层的数据经过内核协议栈的层层封装后，先到达qdisc，之后才到达Ring Buffer（就是下图中的Driver queue），Ring Buffer是一个简单的FIFO（先进先出）队列，但太简单，所以出现了qdisc 提供灵活的流量控制功能。

RX和TX的errors指哪些错误

RX错误类型包括：

rx_frame_errors（对应ifconfig 的frame，表示非对齐的帧，这种错误一般出现在物理层）

rx_crc_errors（不对应ifconfig 的任何字段，表示帧校验错误，这种错误一般出现在物理层）

rx_length_errors（不对应ifconfig的任何字段）

rx_fifo_errors（对应ifconfig的overruns）

这些错误类型可能因不同网卡而不同

错误类型 不一定 包括：

rx_dropped（对应ifconfig的dropped）

TX错误类型包括：

tx_window_errors（不对应 ifconfig 的任何字段）

tx_aborted_errors（不对应 ifconfig 的任何字段）

tx_carrier_errors（对应 ifconfig 的 carrier）

tx_fifo_errors（对应 ifconfig 的 overruns）

这些错误类型可能因不同网卡而不同

错误类型不包括：

tx_dropped（对应 ifconfig 的 dropped）

dropped与overruns的区别

dropped与overruns是指两种不同的丢包情况。

要了解两者的区别，需首先了解Linux内核中的 网络数据流转机制。

以接收数据为例：

1）网卡驱动在内存中分配一片缓冲区用来接收数据包，叫做sk_buff

2）将上述缓冲区的地址和大小（即接收描述符），加入到rx ring buffer。描述符中的缓冲区地址是 DMA 使用的物理地址

3）驱动通知网卡有一个新的描述符

4）网卡从rx ring buffer中取出描述符，从而获知缓冲区的地址和大小

5）网卡收到新的数据包;

6）网卡将新数据包通过 DMA 直接写到sk_buff中

注意，上述流程有几个可能容易模糊的概念：

网卡驱动：这是跑在 Linux 中的程序，而非跑在网卡硬件中

sk_buff：存在于 Linux 内存中，可以在不同的网络协议层之间传递（在 Linux 源码中的定义见 skbuff.h），sk_buff 是真正存放网络数据的位置。

rx ring buffer：是一个 FIFO（先进先出）队列，队列的内容并不是真正的网络数据，而是一些指向 sk_buff 的描述符。

再次看下这个图可能会更清晰：

了解上述流程后，可以开始说两者的区别了：

dropped：sk_buff 满了，新的数据写不进 sk_buff 导致的丢包

可能原因之一：Linux系统分配的内存不足，导致从网卡拷贝数据到系统内存时丢包。

overruns：ring buffer 队列满了，队列暂无可用的描述符，导致的丢包。在 ifconfig 源码实际就是 rx_fifo_errors（recv'r fifo overrun）

可能原因之一：CPU 很忙无法及时处理网卡申请的中断

总之，大概可理解为，一个是指针满了（overruns），一个是内存满了（dropped）

ring buffer满了不代表buffer满了，可能是因为每个指针指向的buffer数据都很小，当有一段相对小帧数据过来，需要的消耗的指针数量大于ring buffer的当前容量；sk_buff 满了也不代表 ring buffer满了，可能是因为每个指针指向的buffer数据较大，大到当前的socket buffer装不下此数据。

常用ifconfig配置命令

显示网卡信息

(1) 显示激活的网卡信息

ifconfig

(2) 显示所有的网卡信息

ifconfig -a

(3) 显示简要的网卡信息

ifconfig -s

启动关闭指定网卡

(1) 关闭网卡

ifconfig eth0 down

(2) 启动网卡

ifconfig eth0 up

配置和删除ip地址

(1) 配置ip

// 配置ip地址

ifconfig eth0 192.168.1.100

// 配置ip地址和子网掩码

ifconfig eth0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0

// 配置ip地址、子网掩码和广播地址

ifconfig eth0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255

(2) 单网卡添加多个IP地址

ifconfig eth0:0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 up

ifconfig eth0:1 192.168.2.100 netmask 255.255.255.0 up

(3) 删除IP地址

ifconfig eth0 del 192.168.1.100

修改MAC地址

ifconfig eth0 hw ether 00:AA:BB:CC:DD:EE

启用和关闭ARP协议

(1) 启用arp

ifconfig eth0 arp

(2) 禁用arp

ifconfig eth0 -arp

设置最大传输单元

ifconfig eth0 mtu 1500

设置网卡的promiscuous模式

(1) 启用

ifconfig eth0 promisc ，指网卡能够接收所有经过它的数据流，而不论其目的地址是否是它。

(2) 禁用

ifconfig eth0 -promisc

设置网卡的多播模式

(1) 启用

ifconfig eth0 allmulti

(2) 禁用

ifconfig eth0 -allmulti

配置和删除IPv6地址

(1) 添加

ifconfig eth0 add 3ffe:3240:800:1005::2/64

(2) 删除

ifconfig eth0 del 3ffe:3240:800:1005::2/64

配置txqqueuelen

ifconfig eth0 txqqueuelen 1500

ethtool

ethtool查询或控制网络驱动程序和硬件设置。利用ethtool可以根据需要更改以太网卡的参数，包括自动协商、速度、双工和局域网唤醒等参数。

命令格式：ethtool [<options>] [<devname>]

Option说明：

-a, --show-pause

    查看网卡中接收模块RX、发送模块TX 和 Autonegotiate模块的pause帧流控状态：启动on或停用off。

-A, --pause <devname> [autoneg on|off] [rx on|off] [tx on|off]

    修改网卡中接收模块RX、发送模块TX和Autonegotiate 模块的pause帧流控状态：启动on或停用off。

-c, --show-coalesce

    查询指定网络设备的合并信息。

-C, --coalesce

    更改指定网络设备的合并设置。

-g, --show-ring

    显示指定以太网卡的rx/tx环参数信息。就是上篇文章提到的ring buffer。

-G, --set-ring

    更改指定以太网卡的rx/tx环设置。

-i, --driver

    显示网卡驱动的信息，如驱动的名称、版本等。

-d, --register-dump <devname> [raw on|off] [hex on|off] [file name]

    显示register dump信息，部分网卡驱动不支持该选项。

-e, --eeprom-dump <devname> [raw on|off] [offset N] [length N]

    显示EEPROM dump信息，部分网卡驱动不支持该选项。

-E, --change-eeprom

    修改网卡 EEPROM byte。

-k, --show-features, --show-offload <devname>

    显示网卡 Offload 参数的状态：on或off，包括 rx-checksumming、tx-checksumming等。就是网卡来做一些事情，给CPU减负。

-K, --features, --offload <devname> <feature> on|off ...

    修改网卡 Offload 参数的状态。

-p, --identify <devname> [N]

    用于区别不同 ethX 对应网卡的物理位置，常用的方法是使网卡 port 上的 led 不断的闪；N 指示了网卡闪的持续时间，以秒为单位。

-P, --show-permaddr

    向指定的网络设备查询永久硬件地址。

-r, --negotiate <devname>

    如果auto-negotiation 模块状态为on，则restarts auto-negotiation。

-S, --statistics

    显示 NIC- and driver-specific 的统计参数，如网卡接收/发送的字节数、接收/发送的广播包个数等。

-t, --test

    让网卡执行自我检测，有两种模式：offline or online。

-s, --change

    修改网卡的部分配置，包括网卡速度、单工/全双工模式、MAC地址等。

-h, --help

    显示帮助信息。

--version

    显示版本信息。

参考文章：(24条消息) Linux 命令（194）—— ethtool 命令_ethtool命令详解_恋喵大鲤鱼的博客-CSDN博客

netstat

该命令经常用于查看网络连接状态

下面是它的一些参数：

-a:显示所有选项

-t:仅显示tcp相关选项

-u:仅显示udp相关选项

-n:不显示别名

-l:仅列出处于监听状态下的服务

-p:显示建立相关链接的程序名

-r:显示路由信息、路由表

-e:显示扩展信息，如uid

-s:按各个协议进行统计

-c：每隔一段事件执行netstat