linux性能调优--网络概念

网络是很复杂的子系统。而且跟进程调度、中断处理、内存管理以及 I/O 等都密不可分。
本质上网络是一种把不同计算机或网络设备连接到一起的技术，它是一种进程间通信方式，特别是跨系统的进程间通信，必须要通过网络才能进行。
模型
OSI 网络模型(开放式系统互联通信参考模型)
应用层，负责为应用程序提供统一的接口。
表示层，负责把数据转换成兼容接收系统的格式。
会话层，负责维护计算机之间的通信连接。
传输层，负责为数据加上传输表头，形成数据包。
网络层，负责数据的路由和转发。
数据链路层，负责 MAC 寻址、错误侦测和改错。
物理层，负责在物理网络中传输数据帧。
7层模型太复杂了，在 Linux 中，我们实际上使用的是另一个更实用的四层模型，即 TCP/IP 网络模型。
应用层，负责向用户提供一组应用程序，比如 HTTP、FTP、DNS 等。
传输层，负责端到端的通信，比如 TCP、UDP 等。
网络层，负责网络包的封装、寻址和路由，比如 IP、ICMP 等。
网络接口层，负责网络包在物理网络中的传输，比如 MAC 寻址、错误侦测以及通过网卡传输网络帧等。

Linux 网络栈
网路每一层的处理逻辑，都取决于各层采用的网络协议。
发送请求的时候，每一层都会加上这一层的网络协议，
接受请求的时候，就像剥洋葱那样把每一层的网络协议取出来

传输层在应用程序数据前面增加了 TCP 头；
网络层在 TCP 数据包前增加了 IP 头；
网络接口层，又在 IP 数据包前后分别增加了帧头和帧尾。
MTU：物理链路中并不能传输任意大小的数据包。网络接口配置的最大传输单元。
MTU越大，需要的分包越少，网络吞吐能力越好。
LUNUX网络协议栈：
（图片参考《性能之巅》图 10.7 通用 IP 网络栈绘制）
从上到下：
最上层的应用程序，需要通过系统调用，来跟套接字接口进行交互；
套接字的下面，就是我们前面提到的传输层、网络层和网络接口层；
最底层，则是网卡驱动程序以及物理网卡设备。
Linux 网络收发流程
收取流程：
1 网络包到达网卡
2 网卡通过DMA放到收包队列中
3 硬件中断，告诉中断处理程序收到了网络包
4 网卡中断程序分配内和数据结构(sk_buf)
5 拷贝到sk_buf缓冲区
6 通过软中断，告诉内核受到了网络帧
7 通过网络协议栈，从下到上逐层处理这个网络帧。
1 在链路层检查报文的合法性，找出上层协议的类型（比如 IPv4 还是 IPv6），再去掉帧头、帧尾，然后交给网络层。
2 网络层取出 IP 头，判断网络包下一步的走向，比如是交给上层处理还是转发。当网络层确认这个包是要发送到本机后，就会取出上层协议的类型（比如 TCP 还是 UDP），去掉 IP 头，再交给传输层处理。
3 传输层取出 TCP 头或者 UDP 头后，根据 < 源 IP、源端口、目的 IP、目的端口 > 四元组作为标识，找出对应的 Socket，并把数据拷贝到 Socket 的接收缓存中。

发送流程
1 调用SOCKET API
2 套接字发送到socket缓冲区
3 网络协议栈从 Socket 发送缓冲区中，取出数据包
1 传输层添加TCP头
2 网络层添加网络层，按照MTU的大小进行分片
3 网络接口层，进行物理寻址，找到下一条的地址
4 添加帧头帧尾发到发包队列中
5 软中断通知驱动程序，发包队列有新的包需要发送
6 驱动程序通过DMA，从发包队列取出数据，并通过物理网卡发送出去
性能指标
带宽，表示链路的最大传输速率，单位通常为 b/s （比特 / 秒）。
吞吐量，表示单位时间内成功传输的数据量，单位通常为 b/s（比特 / 秒）或者 B/s（字节 / 秒）。吞吐量受带宽限制，而吞吐量 / 带宽，也就是该网络的使用率。
延时，表示从网络请求发出后，一直到收到远端响应，所需要的时间延迟。在不同场景中，这一指标可能会有不同含义。比如，它可以表示，建立连接需要的时间（比如 TCP 握手延时），或一个数据包往返所需的时间（比如 RTT）。
PPS，是 Packet Per Second（包 / 秒）的缩写，表示以网络包为单位的传输速率。PPS 通常用来评估网络的转发能力，比如硬件交换机，通常可以达到线性转发（即 PPS 可以达到或者接近理论最大值）。而基于 Linux 服务器的转发，则容易受网络包大小的影响。
网络的可用性（网络能否正常通信）、并发连接数（TCP 连接数量）、丢包率（丢包百分比）、重传率（重新传输的网络包比例）等也是常用的性能指标。
网络配置
可以使用 ifconfig 或者 ip 命令，来查看网络的配置
第一，网络接口的状态标志。ifconfig 输出中的 RUNNING ，或 ip 输出中的 LOWER_UP ，都表示物理网络是连通的，即网卡已经连接到了交换机或者路由器中。如果你看不到它们，通常表示网线被拔掉了。
第二，MTU 的大小。MTU 默认大小是 1500，根据网络架构的不同（比如是否使用了 VXLAN 等叠加网络），你可能需要调大或者调小 MTU 的数值。
第三，网络接口的 IP 地址、子网以及 MAC 地址。这些都是保障网络功能正常工作所必需的，你需要确保配置正确。
第四，网络收发的字节数、包数、错误数以及丢包情况，特别是 TX 和 RX 部分的 errors、dropped、overruns、carrier 以及 collisions 等指标不为 0 时，通常表示出现了网络 I/O 问题。
其中：
1 errors 表示发生错误的数据包数，比如校验错误、帧同步错误等；
2 dropped 表示丢弃的数据包数，即数据包已经收到了 Ring Buffer，但因为内存不足等原因丢包；
3 overruns 表示超限数据包数，即网络 I/O 速度过快，导致 Ring Buffer 中的数据包来不及处理（队列满）而导致的丢包；
4 carrier 表示发生 carrirer 错误的数据包数，比如双工模式不匹配、物理电缆出现问题等；
5 collisions 表示碰撞数据包数。
套接字信息
netstat 或者 ss ，来查看套接字、网络栈、网络接口以及路由表的信息。
ss 性能更好
当套接字处于连接状态（Established）时，
Recv-Q 表示套接字缓冲还没有被应用程序取走的字节数（即接收队列长度）。
而 Send-Q 表示还没有被远端主机确认的字节数（即发送队列长度）。
当套接字处于监听状态（Listening）时，
Recv-Q 表示全连接队列的长度。
而 Send-Q 表示全连接队列的最大长度。
全连接，是指服务器收到了客户端的 ACK，完成了 TCP 三次握手，然后就会把这个连接挪到全连接队列中。需要等服务器调用accept取走，才能处理客户端请求。
半连接是指还没有完成 TCP 三次握手的连接，连接只进行了一半。服务器收到了客户端的 SYN 包后，就会把这个连接放到半连接队列中，然后再向客户端发送 SYN+ACK 包。
协议栈统计信息
netstat 或 ss ，也可以查看协议栈的信息。
网络吞吐和 PPS
sar 增加 -n 参数就可以查看网络的统计信息，
rxpck/s 和 txpck/s 分别是接收和发送的 PPS，单位为包 / 秒。
rxkB/s 和 txkB/s 分别是接收和发送的吞吐量，单位是 KB/ 秒。
rxcmp/s 和 txcmp/s 分别是接收和发送的压缩数据包数，单位是包 / 秒。
%ifutil 是网络接口的使用率，即半双工模式下为 (rxkB/s+txkB/s)/Bandwidth，而全双工模式下为 max(rxkB/s, txkB/s)/Bandwidth。
连通性和延时
ping ，来测试远程主机的连通性和延时，而这基于 ICMP 协议。

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