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運(yùn)維過程中，最復(fù)雜的問題，莫過于網(wǎng)絡(luò)的問題，而網(wǎng)絡(luò)問題最煩的就是無法復(fù)現(xiàn)，這篇介紹一個強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)模擬工具Netem。

Netem是從linux 2.6以上內(nèi)核版本開始提供的一個網(wǎng)絡(luò)模擬功能模塊，它主要用來在性能良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，模擬出復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，比如低帶寬、傳輸延遲、丟包等各種常見的網(wǎng)絡(luò)故障的情況。

而Netem是由命令行工具tc控制，tc我們應(yīng)該比較熟悉，tc是iproute2工具包的一部分，它的全稱是traffic control(流量控制)，最常用的莫過于通過nc監(jiān)聽進(jìn)行反彈shell。

tc主要用于linux內(nèi)核的流量控制，主要是通過在是輸出端口處建立一個隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)流量控制，接收包從輸入接口進(jìn)來后，經(jīng)過流量限制，丟棄不符合規(guī)定的數(shù)據(jù)包，由輸入多路分配器進(jìn)行判斷選擇，如果接收包的目的是本主機(jī)，那么將該包送給上層處理，否則需要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，將接收包交到轉(zhuǎn)發(fā)塊處理，轉(zhuǎn)發(fā)塊同時也接收本機(jī)上層(TCP、UDP等)產(chǎn)生的包。轉(zhuǎn)發(fā)塊通過查看路由表，決定所處理包的下一跳，然后對包進(jìn)行排列以便將他們傳送到輸出接口，一般我們只能限制網(wǎng)卡發(fā)送的數(shù)據(jù)包，不太好限制網(wǎng)卡接收的數(shù)據(jù)包，所以我們可以通過改變發(fā)送次序來控制傳輸速率，linux流量控制主要是在輸出接口排列時進(jìn)行處理和實(shí)現(xiàn)的。

關(guān)于linux內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)包轉(zhuǎn)發(fā)，在公眾號之前發(fā)過的文章《nfstable比iptables強(qiáng)在哪里》里面有較詳細(xì)的介紹，這里就不羅嗦了，有興趣的可以點(diǎn)進(jìn)去看下。

回到正題，我們主要通過tc工具加Netem模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)狀況的模擬，看下netem模塊的強(qiáng)大功能

網(wǎng)絡(luò)狀況不好的情況通常就是以下幾個表現(xiàn)：延遲、丟包、亂序、重復(fù)、錯誤等，我們就通過netem來模擬以上這幾種情況，建議不要生產(chǎn)環(huán)境測試，熟練掌握后再使用

在tc配置netem的操作中，主要有4個控制參數(shù)，分別是add(表示為指定網(wǎng)卡添加Netem配置)，change(表示修改已經(jīng)存在的Netem配置)，replace(表示替換已經(jīng)存在的Netem配置的值)，del(表示刪除網(wǎng)卡上的Netem配置)，好了，接著開始測試幾種情況。

模擬延遲傳輸

tc qdisc add dev eth0 root netem daly 100ms 

模擬網(wǎng)絡(luò)，所有的報文延遲100ms發(fā)送

上面的命令中qdisc是排隊(duì)規(guī)則，沒有添加規(guī)則之前，因?yàn)槭莾?nèi)網(wǎng)，所以ping延遲在1ms，添加延遲后，增加到100ms

在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，我們通常很難看到非常穩(wěn)定的時延，別杠內(nèi)網(wǎng)，所以netem也考慮到這一點(diǎn)，模擬延遲參數(shù)中提供了控制延遲的時間分布的可選參數(shù)，完整的參數(shù)列表如下：

可以看到，除了TIME外，還有三個可選參數(shù)：

• JITTTER：網(wǎng)絡(luò)抖動，增加一個隨機(jī)事件長度，讓延遲事件出現(xiàn)在某個范圍
• CORRELATION：相關(guān)系數(shù)，下一個報文延遲事件和上一個報文的相關(guān)系數(shù)
• distribution：延遲分布，可以選擇的值有uniform、normal、pareto和paretonormal

先來看下JITTER，如果設(shè)置為10ms，那么報文延遲事件會在100ms± 10ms之間隨機(jī)選擇，看下效果

CORRELATION是指包和包之間的相關(guān)性，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)狀況是平滑變化的，短時間里相鄰報文的延遲應(yīng)該是近似的，而不是完全隨機(jī)的，這個值是個百分比，如果為100%，就是固定延遲的情況，如果是0%則是隨機(jī)延遲的情況，接著剛才的配置繼續(xù)看下效果

而distribution則是通過正態(tài)分布的方式來模擬更符合真實(shí)網(wǎng)絡(luò)情況，它的幾個參數(shù)就是幾種延遲分布方法，有興趣的可以試一下

模擬丟包率

丟包在網(wǎng)絡(luò)中是最常見的一種情況，丟包會導(dǎo)致重傳，重傳會增加網(wǎng)絡(luò)鏈路的流量和延遲，Netem提供了loss參數(shù)，可以模擬丟包率

tc qdisc add dev eth0 root netem loss 50% 

看下效果

和延遲類似，丟包率也有相關(guān)系數(shù)的參數(shù)可以設(shè)置，表示后一個報文丟包率和它前一個報文的相關(guān)性

tc qdisc add dev eth0 root netem loss 50% 25% 

上面這個命令表示，丟包率是50%，并且當(dāng)前報文丟棄的可能性和前一個報文相關(guān)性為25%

模擬包重復(fù)

模擬報文重復(fù)，用duplicate參數(shù)，報文重復(fù)和丟包的參數(shù)類似，就是重復(fù)率和相關(guān)性兩個參數(shù)，比如隨機(jī)產(chǎn)生50%重復(fù)的包

tc qdisc add dev eth0 root netem duplicate 50% 

看下效果

相關(guān)性和其他參數(shù)一樣，有興趣可以測試

模擬包損壞

模擬報文損壞用參數(shù)corrupt，報文損壞和報文重復(fù)的參數(shù)也類似，比如隨機(jī)產(chǎn)生30%損壞的報文

tc qdisc add dev eth0 root netem corrupt 30% 

查看效果

可以從icmp_seq看到，損壞的報文，導(dǎo)致嚴(yán)重的丟包

模擬包亂序

我們知道TCP為了保證可靠傳輸，會在報文中添加序列號，確保被拆分的包能夠到達(dá)后進(jìn)行重組，那么最好的情況就是包能按序傳輸，減少重新排序的次數(shù)，雖然包亂序造成的影響沒有上面幾種嚴(yán)重，但是仍然是會經(jīng)常遇到，netem同樣提供了模擬包亂序的方法

模擬報文亂序和前面的參數(shù)不太一樣，上面的操作都是針對單個報文的，而亂序則牽扯到多個報文重組的問題，所以Netem這里有兩種方法來模擬亂序

第一種是固定的每隔一定數(shù)量的報文亂序一次

tc qdisc add dev eth0 root netem reorder 50% gap 3 delay 100ms 

上面這個是每隔3個數(shù)據(jù)包正常發(fā)送，其他的數(shù)據(jù)包延遲100ms發(fā)送

第二種方法是更接近顯示情況的，就是隨機(jī)的，用概率來選擇亂序的報文

tc qdisc change dev eth0 root netem reorder 50% 15% delay 300ms 

看效果

上面這個就是50%的報文正常發(fā)送，其他報文延遲300ms發(fā)送

查看已配置過濾條件

測試的過程中，肯定需要查看當(dāng)前配置了那些條件，通過tc的show指令可以進(jìn)行查看

對于模擬弱網(wǎng)環(huán)境，排查問題，這個工具必不可少，趕緊收藏！