计算机网络--tcpdump和iptable设置、内核参数优化策略

tcpdump工具

tcpdump命令：

选项字段：

过滤表达式：

实用命令：

TCP三次握手抓包命令：

#客户端执行tcpdump 抓取数据包
tcpdump -i etho tcp and host 192.168.12.36 and port 80 -W timeout.pcap

netstat命令

netstat -a 命令可以显⽰所有⽹络连接

-t：TCP -u：UDP

-l ：哪些端口正在监听连接

-p ：显⽰与每个⽹络连接关联的进程ID和进程名

netstat -anp | grep 端口号 ⽤于查看指定端口的占⽤情况

-a：所有socket

-n：直接显⽰数字类型的IP和端口

-p：显⽰正在使⽤连接的进程ID和进程名称

查看TCP连接状态

netstat -napt | grep 192.168.12.37

查看TCP半连接队列的大小

netstat -napt | grep SYN_RECV | wc -l

netstat -s 观察半连接队列溢出的情况：

netstat -s | grep "SYNS to LISTEN"

隔几秒执行几次，如果有上升的趋势，说明当前存在半连接队列溢出的现象。

查看TCP全连接队列溢出情况

netstat -s | grep overflowed

ss命令：主要⽤于获取socket统计信息，它可以显⽰和 netstat 命令类似的输出内容。但ss命令的优势在于它能够显⽰更多更详细的有关TCP和UDP连接状态的信息，而且⽐netstat更快速更高效

查看服务端进程accept队列的长度

ss -ltn

Wireshark 工具

命令: 把抓取的数据包保存到 ping.pcap 文件

tcpdump -i eth1 icmp and host 183.232.231.174 -W ping. pcap

将跑ping.pcap文件用wireshark打开

iptable防火墙配置规则

#客户端配置的防火墙规则
iptables -I INPUT -S 192.168.12.36 -j DROP

在服务端配置防火墙，屏蔽客户端 TCP 报文中标志位是 ACK 的包，也就是当服务端收到客户端的 TCP ACK 的报文时就会丢弃。

iptables -I INPUT -s 192.168.12.37 -p tcp --tcp-flag ACK ACK -j DROP

客户端设置了防火墙，屏蔽了服务端的网络包，为什么 tcpdump 还能抓到服务端的网络包？

添加 iptables 限制后， tcpdump 是否能抓到包 ，这要看添加的 iptables 限制条件：

• 如果添加的是 INPUT 规则，则可以抓得到包
• 如果添加的是 OUTPUT 规则，则抓不到包

网络包进入主机后的顺序如下：

• 进来的顺序 Wire -> NIC -> tcpdump -> netfilter/iptables
• 出去的顺序 iptables -> tcpdump -> NIC -> Wire

TCP内核参数以及优化策略

优化三次握手的参数

策略	TCP内核参数
调整SYN报文重传次数	tcp_syn_retries
调整SYN半连接队列的长度	tcp_max_syn_backlog somaxconn backlog(非内核参数，NGINX配置参数)
调整SYN+ACK报文的重传次数	tcp_synack_retries
调整accept队列的长度	$min(backlog,somaxconn)$
绕过三次握手(类似于长连接)	tcp_fastopen

backlog参数：也就是listen(int sockfd, int backlog)的参数，也就是NGINX/Tomcat的参数

优化四次挥手的参数

策略	TCP内核参数
调整FIN报文重传次数	tcp_orphan_retries
调整FIN_WAIT2状态的时间 （只适用close函数关闭的连接）	tcp_fin_timeout
调整孤儿连接的上限个数 （只适用close函数关闭的连接）	tcp_max_orphans
调整TIME_WAIT状态的上限个数	tcp_max_tw_buckets
复用TIME_WAIT状态的连接	tcp_tw_reuse(只适用客户端) tcp_timestamps

数据传输的优化

策略	TCP内核参数
扩大窗口大小	tcp_window_scaling
调整发送缓冲区范围	tcp_wmem
调整接收缓冲区的范围	tcp_rmem
打开接收缓冲区动态调节	tcp_moderate_rcvbuf
调整内存范围	tcp_mem

TCP接收和发送缓冲区和Ring Buffer是一个东西吗？

数据流从网卡到用户空间的过程

一次数据流从网卡到用户空间的过程：

• 数据到达网卡：数据包通过网络到达网卡，网卡硬件将数据包放入环形缓冲区中。
• 硬件中断：网卡生成一个硬件中断通知CPU有新数据包到达。
• 中断处理程序：CPU执行网卡驱动程序的中断处理程序，读取环形缓冲区中的数据包并将其传递给内核网络栈。
• 网络协议栈处理：内核网络栈处理数据包，将其存放到对应的TCP接收缓冲区（受tcp_rmem参数限制）。
• 传递到用户空间：用户空间应用程序通过系统调用（如recv或read）从TCP接收缓冲区读取数据。

sk_buff和发送缓冲区也不是一个东西

发送网络数据的时候，涉及的内存拷贝操作：

• 调用发送数据的系统调用的时候，内核会申请一个内核态的 sk_buff 内存，将用户待发送的数据拷贝到 sk_buff 内存，并将其加入到发送缓冲区。这里的发送缓冲区其实就是tcp_wmem控制的缓冲区。
  • TCP协议需要将sk_buff拷贝出一份保证收到ACK
  • IP层发现sk_buff大于MTU时也需要进行拆分拷贝
• DMA从内核缓冲区将数据拷贝到网卡的Ring Buffer中。等待网卡发送。
  参考：

1. https://blog.csdn.net/weixin_36338224/article/details/107035214
2. 小林coding-图解网络