传输层常见排查工具

原创姚崇 2023-04-20

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传输层毫无疑问是重中之重，工具也很多。我们就按排查场景来介绍工具。
路径可达性测试
如果我们要测试 TCP 握手，我们有 telnet、nc 这两个常规工具。比如 telnet：

telnet

$ telnet www.baidu.com 443
Trying 180.101.49.12...
Connected to www.a.shifen.com.
Escape character is '^]'.

nc

用 nc 呢，可以这样：

$ nc -w 2 -zv www.baidu.com 443

Ncat: Version 7.50 ( https://nmap.org/ncat )
Ncat: Connected to 112.80.248.75:443.
Ncat: 0 bytes sent, 0 bytes received in 0.02 seconds.

说明

端口号443通常用于运行HTTPS（超文本传输安全协议）服务。HTTPS是一种基于安全套接层/传输层安全（SSL/TLS）的HTTP（超文本传输协议），它提供了加密的数据传输和身份验证功能，以确保数据在客户端和服务器之间的通信安全。
当你在浏览器中访问一个使用HTTPS的网站时，浏览器会默认使用443端口与服务器建立一个安全的连接。通过使用HTTPS，网站可以保护用户的隐私和敏感数据，例如登录凭据、支付信息和个人资料等，防止被窃听、篡改或冒充。
在实际应用中，很多网站都会同时提供HTTP（通常使用80端口）和HTTPS服务，但为了保护用户数据和隐私，越来越多的网站和服务现在默认使用HTTPS。此外，一些现代浏览器和搜索引擎也优先对待支持HTTPS的网站，提高其排名和可信度。

netstat

• 查看当前连接状况
netstat 命令是一个经典命令了，很多同学都会使用它来获取当前的 TCP、UDP 等的连接信息，比如：

$ netstat -ant
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 127.0.0.53:53 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 0.0.0.0:22 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 0.0.0.0:80 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 280 10.0.2.15:22 10.0.2.2:56669 ESTABLISHED
tcp6 0 0 :::22 :::* LISTEN

查看当前连接的传输速率

有时候，你的网络跑得挺繁忙的，但你却不知道哪个连接占用了大量的带宽？你可以用 iftop。这个工具不是系统默认自带的，需要你安装一下，然后执行 iftop 就好了。对了，你需要有 sudo 权限，也就是执行 sudo iftop，然后就能看到不同连接的传输速率，把祸害你带宽的连接给找到。比如下面这样：

查看丢包和乱序等的统计

其实，用 netstat 除了可以获取实时连接状况，还可以获取历史统计信息。比如，你怀疑一台机器的网络很不稳定，除了用 ping 做简单的测试，你还可以用 netstat -s 来获取更加详细的统计信息。比如，其中的 TCP 丢包和乱序计数值，就能帮助你判断传输层的状况。下面是我截取的某一次 netstat -s 命令的输出：

$ watch --diff netstat -s 或者
netstat -s
......
Tcp:
16 active connection openings
1 passive connection openings
8 failed connection attempts
1 connection resets received
1 connections established
6254 segments received
4035 segments sent out
1 segments retransmitted
0 bad segments received
3 resets sent
......
TcpExt:
1 ICMP packets dropped because socket was locked
3 TCP sockets finished time wait in fast timer
8 delayed acks sent
4674 packet headers predicted
10 acknowledgments not containing data payload received
1008 predicted acknowledgments
TCPTimeouts: 1
TCPBacklogCoalesce: 140
1 connections reset due to early user close
TCPRcvCoalesce: 2187
TCPAutoCorking: 110
TCPSynRetrans: 1
TCPOrigDataSent: 1041
TCPDelivered: 1049

当然，上面这个算运维“青铜”版。你也可以写一个简单的脚本，在两次 netstat -s 命令之间执行 sleep，然后计算两个读数之间的差值，并除以 sleep 的时间，得到大致的变化速度。这样就又升级了一点。
如果你想做得再到位一点，你可以把 netstat -s 的输出值写入到 TSDB，然后用 Grafana 之类的 Dashboard 进行展示，这样不仅有视图，也有历史值，可以算运维“王者”了。

还有 ss？

ss 命令是 Iproute2 包里的命令，也是 netstat 的“取代者”。它提供了对 socket 的丰富的统计信息。比如下面这条命令我也经常用，可以查看到当前连接的统计信息：

 ss -s
Total: 3068 (kernel 12262)
TCP:   2096 (estab 968, closed 1067, orphaned 0, synrecv 0, timewait 1064/0), ports 0

Transport Total     IP        IPv6
*         12262     -         -        
RAW       2         2         0        
UDP       62        33        29       
TCP       1029      832       197      
INET      1093      867       226      
FRAG      0         0         0

当然，也不能完全说“ss 等于 netstat”，因为事实上 netstat 命令的功能，被拆分到了 ss 和 ip 这两个命令里，并分别得到了丰富和加强。

这个结果是通过 ss 命令查看 Linux 系统中的网络套接字信息。ss 命令（socket statistics）是一个功能强大的工具，用于获取有关 Linux 系统中套接字的信息。这里的输出显示了网络套接字的统计信息。让我们详细解释这些术语：

Total: 总套接字数。这里的总数是 3068（内核中的 12262）。
TCP: 这部分显示了 TCP 协议的套接字信息，包括：
• estab：已建立连接的套接字数（968）。
• closed：已关闭连接的套接字数（1067）。
• orphaned：孤立的套接字数（0）。
• synrecv：等待确认连接请求的套接字数（0）。
• timewait：处于 TIME_WAIT 状态的套接字数（1064）和其子计数（0）。
• ports：占用的端口数量（0）。3. Transport：传输层协议类型。
Total：每种传输层协议的套接字总数。
IP：每种传输层协议使用的 IPv4 套接字数。
IPv6：每种传输层协议使用的 IPv6 套接字数。
对于表格中的其他项，含义如下：
• INET：表示 Internet 协议族（IPv4 和 IPv6）的套接字。这里的总数是 1093（IPv4 的 867 和 IPv6 的 226）。
• FRAG：表示已分片的 IP 数据报。这里的总数是 0（IPv4 和 IPv6 都是 0）。
• RAW：表示原始套接字。原始套接字允许直接访问底层传输协议，绕过常规的网络协议处理。这里的总数是 2（IPv4 的 2 和 IPv6 的 0）。
• UDP：表示使用用户数据报协议（User Datagram Protocol）的套接字。这里的总数是 62（IPv4 的 33 和 IPv6 的 29）。
• TCP：表示使用传输控制协议（Transmission Control Protocol）的套接字。这里的总数是 1029（IPv4 的 832 和 IPv6 的 197）。
这个结果展示了系统上各种网络协议和套接字状态的详细统计信息。

网络套接字（Network Socket）是计算机网络中的一个概念，用于描述操作系统中用于管理网络连接的对象。简单来说，网络套接字就是用于通信的端点，允许程序在网络中发送和接收数据。套接字在应用程序和网络协议栈之间建立了一个抽象层，使得应用程序能够更简便地进行网络通信。
在计算机网络中，通常使用两种主要的套接字类型：TCP（传输控制协议）套接字和 UDP（用户数据报协议）套接字。TCP 套接字提供了一种可靠、面向连接的通信方式，而 UDP 套接字则提供了一种不可靠、无连接的通信方式。
“总套接字数”是指系统中所有类型的网络套接字的数量，包括 TCP、UDP、RAW（原始套接字）以及其他协议族的套接字。在 ss -s 命令的输出中，总套接字数是 3068（内核中的 12262）。这意味着当前系统中有 3068 个网络套接字正在被使用，而内核可能还在处理更多的套接字（12262 个）。
总之，网络套接字是用于管理网络连接的端点，而总套接字数表示当前系统中正在使用的所有类型套接字的数量。

在 C 语言中，可以使用套接字 API（应用程序接口）来创建和管理网络套接字。以下是一个简单的示例，展示了如何使用 C 语言创建一个基于 TCP 的 IPv4 网络套接字：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int sockfd; // 套接字描述符
    struct sockaddr_in server_addr; // 服务器地址结构

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 配置服务器地址
    server_addr.sin_family = AF_INET; // 地址族：IPv4
    server_addr.sin_port = htons(8080); // 端口号：8080（网络字节序）
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // IP 地址：127.0.0.1

    // 连接服务器
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("connect");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // ... 这里可以进行发送和接收数据的操作

    // 关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}

这个示例演示了如何创建一个 TCP 套接字，用于连接到一个运行在本地（IP 地址为 127.0.0.1）的服务器，服务器监听的端口号为 8080。首先，程序使用 socket() 函数创建一个套接字，并将其描述符存储在变量 sockfd 中。然后，程序使用 connect() 函数连接到服务器。在实际应用中，你需要在连接成功后添加发送和接收数据的代码。最后，使用 close() 函数关闭套接字。

需要注意的是，这个示例仅展示了客户端的代码。要创建一个完整的网络应用程序，你还需要编写服务器端的代码。服务器端代码将包括创建套接字、绑定套接字到特定的 IP 地址和端口、监听连接请求、接受客户端连接以及发送和接收数据的操作。

墨力计划

最后修改时间：2023-04-20 14:08:51

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