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前言
在计算机网络中，TCP和UDP是传输层协议，其中TCP是面向连接的，也是应用最广泛的传输协议，TCP协议作为数据传输核心的最上层，对数据传输的质量至关重要，因此对于TCP协议的研究有重要意义。在庞大的计算机网络中，所有用户共享骨干网中的公共资源，TCP协议中拥塞控制算法是在全局上对网络传输的管理或约束，本文主要探讨不同拥塞控制算法对TCP传输的影响，做一些抓包的工作。
一、实验准备
本实验需要以下实验环境和软件：
- Ubuntu系统或虚拟机（20.04LTS）
- 云服务器（阿里云 AWS 腾讯云 华为云）
其中云服务器需要配置公网IP
二、操作内容及步骤
1.内核相关指令
查看可以使用的拥塞控制算法
sysctl net.ipv4.tcp_available_congestion_control
查看当前拥塞控制算法
sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control
设置拥塞控制算法
sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control = reno
安装拥塞控制算法到内核变量中
modprobe -a tcp_westwood
modprobe -a tcp_vegas
modprobe -a tcp_bic
modprobe -a tcp_htcp
2.iperf or iperf3
Iperf是一个广泛使用的网络性能测量和调整工具。它的意义在于它是一个跨平台的工具，可以为任何网络提供标准化的性能测量。Iperf具有客户端和服务器功能，可以创建数据流来测量两端之间单向或双向的网络吞吐量。典型的iperf输出包含一个有时间标记的数据传输量和吞吐量测量的报告。
什么是iperf/iperf3？
iPerf3 是一种用于主动测量 IP 网络上可实现的最大带宽的工具。它支持调整与时间、缓冲区和协议（TCP、UDP、带有 IPv4 和 IPv6 的 SCTP）相关的各种参数。对于每个测试，它都会报告带宽、损耗和其他参数。Iperf3是一个新的实现，它与原始 iPerf 不共享任何代码，也不向后兼容。iPerf 最初由NLANR/DAST开发，iPerf3 主要由ESnet /劳伦斯伯克利国家实验室开发。它是根据三条款BSD 许可证发布的。
iperf特性
- TCP 和SCTP
- 测量带宽
- 报告 MSS/MTU 大小和观察到的读取大小。
- 通过套接字缓冲区支持 TCP 窗口大小。
- UDP
- 客户端可以创建指定带宽的 UDP 流。
- 测量丢包
- 测量延迟抖动
- 组播能力
- 跨平台：Windows、Linux、Android、MacOS X、FreeBSD、OpenBSD、NetBSD、VxWorks、-Solaris、…
- 客户端和服务器可以有多个同时连接（-P 选项）。
- 服务器处理多个连接，而不是在一次测试后退出。
- 可以运行指定的时间（-t 选项），而不是要传输的设定数据量（-n 或 -k 选项）。
- 以指定的时间间隔打印定期、中间带宽、抖动和丢失报告（-i 选项）。
- 将服务器作为守护进程运行（-D 选项）
- 使用代表性流来测试链路层压缩如何影响您的可实现带宽（-F 选项）。
- 服务器同时接受一个客户端，同时接受多个客户端
- 新：忽略 TCP 慢启动（-O 选项）。
- 新：为 UDP 和（新）TCP（-b 选项）设置目标带宽。
- 新增：设置 IPv6 流标签（-L 选项）
- 新增：设置拥塞控制算法
- 新：使用 SCTP 而不是 TCP（–sctp 选项）
- 新：以 JSON 格式输出（-J 选项）。
- 新增：磁盘读取测试（服务器：iperf3 -s / 客户端：iperf3 -c testhost -i1 -F 文件名）
- 新：磁盘写入测试（服务器：iperf3 -s -F 文件名/客户端：iperf3 -c testhost -i1）
在终端上执行
iperf --help
Usage: iperf [-s|-c host] [options]
iperf [-h|--help] [-v|--version]
Client/Server:
-b, --bandwidth
-e, --enhanced use enhanced reporting giving more tcp/udp and traffic information
-f, --format [kmgKMG] format to report: Kbits, Mbits, KBytes, MBytes
--hide-ips hide ip addresses and host names within outputs
-i, --interval
-l, --len
-m, --print_mss print TCP maximum segment size
-o, --output <filename> output the report or error message to this specified file
-p, --port
--permit-key permit key to be used to verify client and server (TCP only)
--sum-only output sum only reports
-u, --udp use UDP rather than TCP
-w, --window
-B, --bind <host>[:<port>][%<dev>] bind to <host>, ip addr (including multicast address) and optional port and device
-C, --compatibility for use with older versions does not sent extra msgs
-M, --mss
-N, --nodelay set TCP no delay, disabling Nagle's Algorithm
-S, --tos # set the socket's IP_TOS (byte) field
-Z, --tcp-congestion <algo> set TCP congestion control algorithm (Linux only)
Server specific:
-p, --port
-s, --server run in server mode
-1, --singleclient run one server at a time
--histograms enable latency histograms
--permit-key-timeout set the timeout for a permit key in seconds
--tcp-rx-window-clamp set the TCP receive window clamp size in bytes
--tap-dev
-t, --time
--udp-histogram
-B, --bind <ip>[%<dev>] bind to multicast address and optional device
-U, --single_udp run in single threaded UDP mode
--sum-dstip sum traffic threads based upon destination ip address (default is src ip)
-D, --daemon run the server as a daemon
-V, --ipv6_domain Enable IPv6 reception by setting the domain and socket to AF_INET6 (Can receive on both IPv4 and IPv6)
Client specific:
--bounceback request a bounceback test (use -l for size, defaults to 100 bytes)
--bounceback-congest request a concurrent full-duplex TCP stream
--bounceback-hold request the server to insert a delay of n milliseconds between its read and write
--bounceback-period request the client schedule a send every n milliseconds
--bounceback-no-quickack request the server not set the TCP_QUICKACK socket option (disabling TCP ACK delays) during a bounceback test
-c, --client <host> run in client mode, connecting to <host>
--connect-only run a connect only test
--connect-retries
-d, --dualtest Do a bidirectional test simultaneously (multiple sockets)
--fq-rate
--full-duplex run full duplex test using same socket
--ipg set the the interpacket gap (milliseconds) for packets within an isochronous frame
--isochronous <frames-per-second>:<mean>,<stddev> send traffic in bursts (frames - emulate video traffic)
--incr-dstip Increment the destination ip with parallel (-P) traffic threads
--incr-dstport Increment the destination port with parallel (-P) traffic threads
--incr-srcip Increment the source ip with parallel (-P) traffic threads
--incr-srcport Increment the source port with parallel (-P) traffic threads
--local-only Set don't route on socket
--near-congestion=[w] Use a weighted write delay per the sampled TCP RTT (experimental)
--no-connect-sync No sychronization after connect when -P or parallel traffic threads
--no-udp-fin No final server to client stats at end of UDP test
-n, --num #[kmgKMG] number of bytes to transmit (instead of -t)
-r, --tradeoff Do a fullduplexectional test individually
--tcp-quickack set the socket's TCP_QUICKACK option (off by default)
--tcp-write-prefetch set the socket's TCP_NOTSENT_LOWAT value in bytes and use event based writes
--tcp-write-times measure the socket write times at the application level
-t, --time
--trip-times enable end to end measurements (requires client and server clock sync)
--txdelay-time time in seconds to hold back after connect and before first write
--txstart-time unix epoch time to schedule first write and start traffic
-B, --bind [<ip> | <ip:port>] bind ip (and optional port) from which to source traffic
-F, --fileinput <name> input the data to be transmitted from a file
-H, --ssm-host <ip> set the SSM source, use with -B for (S,G)
-I, --stdin input the data to be transmitted from stdin
-L, --listenport
-P, --parallel
-R, --reverse reverse the test (client receives, server sends)
-S, --tos IP DSCP or tos settings
-T, --ttl
-V, --ipv6_domain Set the domain to IPv6 (send packets over IPv6)
-X, --peer-detect perform server version detection and version exchange
Miscellaneous:
-x, --reportexclude [CDMSV] exclude C(connection) D(data) M(multicast) S(settings) V(server) reports
-y, --reportstyle C report as a Comma-Separated Values
-h, --help print this message and quit
-v, --version print version information and quit
[kmgKMG] Indicates options that support a k,m,g,K,M or G suffix
Lowercase format characters are 10^3 based and uppercase are 2^n based
(e.g. 1k = 1000, 1K = 1024, 1m = 1,000,000 and 1M = 1,048,576)
The TCP window size option can be set by the environment variable
TCP_WINDOW_SIZE. Most other options can be set by an environment variable
IPERF_<long option name>, such as IPERF_BANDWIDTH.
Source at <http://sourceforge.net/projects/iperf2/>
Report bugs to <iperf-users@lists.sourceforge.net>
3.tcpdump
tcpdump可以将网络中传送的数据包完全截获下来提供分析。它支持针对网络层、协议、主机、网络或端口的过滤，并提供and、or、not等逻辑语句来帮助你去掉无用的信息。
$ tcpdump --help
tcpdump version 4.9.3 -- Apple version 114.100.1
libpcap version 1.9.1
LibreSSL 3.3.6
Usage: tcpdump [-aAbdDefhHIJKlLnNOpqStuUvxX
[ -C file_size ] [ -E algo:secret ] [ -F file ] [ -G seconds ]
[ -i interface ] [ -j tstamptype ] [ -M secret ] [ --number ]
[ -Q in|out|inout ]
[ -r file ] [ -s snaplen ] [ --time-stamp-precision precision ]
[ --immediate-mode ] [ -T type ] [ --version ] [ -V file ]
[ -w file ] [ -W filecount ] [ -y datalinktype ] [ -z postrotate-command ]
[ -g ] [ -k (flags) ] [ -o ] [ -P ] [ -Q meta-data-expression ]
[ --apple-tzo offset ] [--apple-truncate ]
[ -Z user ] [ expression ]
4.实验抓包
云服务器拥有公网地址，作为服务器Server，需要注意的是：在云服务器操作台上开启一个端口，用来发送iperf数据包，我开启的端口号为5001。
本地无公网地址，作为客户端Client
在服务器Sever执行
iperf -s -D -p 5001
在客户端Client执行
iperf -c xx.xx.xx.xx -p 5001 -t 20
在客户端或服务端开启tcpdump抓包，监听ip地址，5001端口号，将抓到的包写进文件file.pcap
tcpdump host xx.xx.xx.xx -p 5001 -w file.pcap
更多指令可以自行设计，无论是iperf还是iperf3都可以测量网络带宽，可以使用–help查看相关指令。
总结
以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了Linux添加拥塞控制算法模块到内核，网络传输工具iperf/iperf3和抓包工具tcpdump，提供了一个网络吞吐量测试和抓包的例子。
注意，iperf和iperf3是两个不同的抓包工具，一些指令并不兼容，在其指令中包含拥塞控制算法参数，但是网上使用该参数的信息很少，可以进行尝试，也可以使用sysctl更改Linux内核拥塞控制算法。
Reference
Ubuntu配置｜添加拥塞控制算法到Linux内核
Iperf 维基百科
TCPDUMP 百度百科
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