Network 之四 常用 Linux 网络命令及网络调试工具介绍
網(wǎng)絡(luò)互連模型
主要就是值得 OSI 參考模型與 TCP/IP 五層模型：
下面再來一張詳細點的（來源于科來網(wǎng)絡(luò)）：
網(wǎng)絡(luò)命令
??目前，我們常用的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的命令有兩大類：net-tools 和 iproute2。其中，net-tools 是前輩，iproute2 則是后起之秀。作為網(wǎng)絡(luò)配置工具的一份子，iproute2 的出現(xiàn)旨在從功能上取代 net-tools。同時，一些 Linux 發(fā)行版比如 Arch Linux 和 CentOS/RHEL 7 則已經(jīng)完全拋棄了 net-tools，只支持 iproute2。下圖列舉了一個兩者功能對比：
??此外，在我們查閱一些命令的說明文檔或者看某些 Linux 書的時候，常會看到 ifconfig(8)、conect(2)、select(2) 等等這樣的寫法。后面的這個括號及數(shù)字其實 man 手冊的標準要求（表示 man 的章節(jié)號）。不同的數(shù)字表示命令的類型。使用 man man 可以進行查看：
- 1： 可執(zhí)行程序或者 shell 命令。又叫用戶命令， 可由任何人使用
- 2： 系統(tǒng)調(diào)用， 即由內(nèi)核提供的函數(shù)
- 3： 庫函數(shù)
- 4： 設(shè)備及特殊文件（/dev目錄下）
- 5： 文件格式描述， 例如 /etc/passwd
- 6： 游戲等
- 7： 雜項， 例如宏命令包、慣例等
- 8： 系統(tǒng)管理員工具， 只能由 root 啟動
- 9： 內(nèi)核例程， 用來存放內(nèi)核例行程序的文檔。
- n： 新文檔， 可能要移到更適合的領(lǐng)域。
- o： 老文檔， 可能會在一段期限內(nèi)保留。
- l： 本地文檔，與本特定系統(tǒng)有關(guān)的。
在使用 man 查詢這些命令的時候, 可以用下面這樣的格式：$man 數(shù)字 命令。例如 : $man 1 kill 表示命令kill 、$man 2 kill 表示系統(tǒng)調(diào)用 kill。
??這些編號的歷史可以追溯到 1971 年 Thompson 和 Ritchie 編寫的 Unix Programmer’s Manual （Unix 程序員手冊），如今來看，其已經(jīng)有了一些變化。如下是部分截圖：
在實際使用中還會有一些非標準的編號：
net-tools
??net-tools 起源于 BSD 的 TCP/IP 工具箱，后來成為老版本 Linux 內(nèi)核中配置網(wǎng)絡(luò)功能的工具。但自 2001年起，Linux社區(qū)已經(jīng)對其停止維護。 net-tools 通過 procfs(/proc) 和 ioctl 系統(tǒng)調(diào)用去訪問和改變內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)配置。這套工具主要包括：arp、hostname、ifconfig、ipmaddr、iptunnel、mii-tool、nameif、netstat、plipconfig、rarp、route、slattach。
目前，我們可以從 https://sourceforge.net/projects/net-tools/ 獲取到源代碼。
mii-tool
??mii-tool 是配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備協(xié)商方式的工具。它一個較老的程序，執(zhí)行與 ethtool 類似的功能。從 2003 年開始，被認為是過時的，并被 ethtool 取代。下圖是 mii-tool 的用法及參數(shù)說明：
iproute2
??iproute2 是一個使用 GPLv2 協(xié)議開源的開源軟件，源代碼可以通過 Github 或者 kernel.org gitweb 來查看及獲取。對應的官方網(wǎng)站介紹是：https://wiki.linuxfoundation.org/networking/iproute2。根據(jù)官網(wǎng)介紹，iproute2 原作者是 Alexey Kuznetsov，目前由 Stephen Hemminger 維護。
??iproute2 就是通過 netlink 套接字接口與內(nèi)核通訊的一些列小工具的集合。這些工具包括：arpd、bridge、ctstat、dcb、devlink、ip、lnstat、nstat、rdma、routef、routel、rtacct、rtmon、rtstat、ss、tc、tipc。其中的核心就是 ip 這個命令。
ethtool
??ethtool 用于查看和修改網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（尤其是有線以太網(wǎng)設(shè)備）的驅(qū)動參數(shù)和硬件設(shè)置。可以根據(jù)需要更改以太網(wǎng)卡的參數(shù)，包括自動協(xié)商、速度、雙工和局域網(wǎng)喚醒等參數(shù)。默認情況下，大多數(shù)系統(tǒng)上應該已經(jīng)安裝了 ethtool。如果沒有，可以從發(fā)行版的官方版本庫中安裝。
??ethtool 由內(nèi)核空間和用戶空間兩部分，一個是 Linux 內(nèi)核中的 API，NIC 的驅(qū)動程序軟件可以使用該 API 發(fā)送和接收參數(shù)，另一個是基于 Linux SIOCETHTOOL Ioctl 機制的用戶空間 API，應用程序程序可以使用該 API 與內(nèi)核通信以發(fā)送和接收 NIC 和 NIC 驅(qū)動程序參數(shù)。下圖是 ethtool 在 Linux 中的實現(xiàn)框架：
??ethtool 的命令的基本格式是：ethtool [選項] 網(wǎng)絡(luò)接口名。其中，[選項] 是可選的。要配置網(wǎng)絡(luò)接口，首先就需要檢查 Linux 上的可用網(wǎng)絡(luò)接口，這里就可以上面我們介紹的命令（ip 或 ifconfig）來實現(xiàn)。如下圖所示：
??舊的 Linux 發(fā)行版通常使用的是 eth[X] 格式。例如，RHEL 6 和它們的舊版本。現(xiàn)代的 Linux 發(fā)行版使用 enp[XXX] 或 ens[XXX] 格式。例如， RHEL 7、Debian 10、Ubuntu 16.04 等大多數(shù)現(xiàn)代 Linux 發(fā)行版都使用這種格式。
??獲取了網(wǎng)絡(luò)接口名字之后，重點就是 ethtool 的各個選項的含義了。ethtool 的選項非常多，下面我列出了一些常用的參數(shù)以及在我的系統(tǒng)上的一些示例：
- 無：當不使用任何參數(shù)的時候，默認將列出指定網(wǎng)絡(luò)接口的配置信息。
- -a： 查看網(wǎng)卡中 接收模塊 RX、發(fā)送模塊 TX 和 Autonegotiate 模塊的狀態(tài)：啟動 on 或 停用 off。
- -A： 修改網(wǎng)卡中 接收模塊 RX、發(fā)送模塊 TX 和 Autonegotiate 模塊的狀態(tài)：啟動 on 或 停用 off。
- -c： 顯示指定以太網(wǎng)卡的 Coalesce 信息
- -C： 更改指定以太網(wǎng)卡的 Coalesce 設(shè)置
- -g： 顯示指定以太網(wǎng)卡的 RX/TX 環(huán)參數(shù)信息
- -G： 更改指定以太網(wǎng)卡的 RX/TX 環(huán)設(shè)置。
- -i： 顯示網(wǎng)卡驅(qū)動的信息，如驅(qū)動的名稱、版本等。
- -d： 顯示 register dump 信息, 部分網(wǎng)卡驅(qū)動不支持該選項。
- -e： 顯示 EEPROM dump 信息，部分網(wǎng)卡驅(qū)動不支持該選項。
- -E： 修改網(wǎng)卡 EEPROM byte。
- -k： 顯示網(wǎng)卡 Offload 參數(shù)的狀態(tài)：on 或 off，包括rx-checksumming、tx-checksumming等。
- -K： 修改網(wǎng)卡 Offload 參數(shù)的狀態(tài)。
- -p： 用于區(qū)別不同 網(wǎng)卡名字 對應網(wǎng)卡的物理位置，常用的方法是使網(wǎng)卡 port 上的 led 不斷的閃；N 指示了網(wǎng)卡閃的持續(xù)時間，以秒為單位。
- -r： 如果 auto-negotiation 模塊的狀態(tài)為 on，則 restarts auto-negotiation。
- -S： 顯示 NIC（Network Interface Card）- and driver-specific 的統(tǒng)計參數(shù)，如網(wǎng)卡接收/發(fā)送的字節(jié)數(shù)、接收/發(fā)送的廣播包個數(shù)等。
- -t： 讓網(wǎng)卡執(zhí)行自我檢測，有兩種模式：offline or online。
- -s： 修改網(wǎng)卡的部分配置，包括網(wǎng)卡速度、單工/全雙工模式、mac 地址等。
??在系統(tǒng)重啟后，你使用 ethtool 所做的更改將被默認恢復。要使自定義設(shè)置永久化，需要更新網(wǎng)絡(luò)配置文件中的值。根據(jù)不同的 Linux 發(fā)行版，需要將修改的值更新到正確的文件中。
分析與調(diào)試
pcap
??pcap 是用于捕獲網(wǎng)絡(luò)流量的應用程序編程接口 。類 Unix 系統(tǒng)在 libpcap 庫中實現(xiàn) pcap，對于 Windows，有一個名為 WinPcap（已不在維護），后來有人在此基礎(chǔ)上開發(fā)了 Win10Pcap，也沒再更新過，還有一個名為 Npcap，目前用的比較多。
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WinPcap： WinPcap是一個用于 Win32 平臺的包捕獲和網(wǎng)絡(luò)分析的開源庫。官網(wǎng)是 https://www.winpcap.org/，官網(wǎng)上有詳細的文檔 。
??在 2013 年 3 月 8 日發(fā)布 4.1.3 版本之后就再也沒有更新過，下載地址：https://www.winpcap.org/install/default.htm。其源代碼可以在如下地址下載到 https://www.winpcap.org/devel.htm -
Win10Pcap： Win10Pcap 與 WinPcap 完全兼容（安裝后的 dll 同名（wpcap.dll、Packet.dll）），官網(wǎng)是 http://www.win10pcap.org/，根據(jù)官網(wǎng)介紹，Win10Pcap 是基于 NDIS（Network Driver Interface Specification） 6.x 驅(qū)動模型實現(xiàn)的，以更好的工作在 Windows 10 系統(tǒng)，而 WinPcap 是基于 NDIS 5.x 驅(qū)動模型的。
??在 2015 年 10 月 8 日發(fā)布了 10.2.5002 版本之后就再也沒有更新，下載地址：http://www.win10pcap.org/download/。源代碼托管于 Github。根據(jù)官網(wǎng)介紹，這就是一個個人改進的小眾版本，估計后續(xù)也不怎么更新了！網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序接口規(guī)范（Network Driver Interface Specification，NDIS）是微軟所提供的網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）API
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Npcap： 這其實也是個 WinPcap 的改進版，只不過改進比較徹底，很多功能都進行了重寫！官網(wǎng)是 https://npcap.com/，官網(wǎng)的文檔也很詳細（其文檔就是照抄的 WinPcap 然后改的）。Npcap 也將驅(qū)動模型升級到了 NDIS 6.x，以更好的用于 Win7 及以上系統(tǒng)。
??Npcap 有免費版和商業(yè)版兩種，免費版的使用限制比較多。于 2021 年 10 月 7 日發(fā)布 1.60 版本，下載地址：https://npcap.com/#download。源代碼同樣托管于 Github。 -
libpcap： Unix/Linux 平臺下的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲函數(shù)庫。它是一個獨立于系統(tǒng)的用戶層包捕獲的 API 接口，為底層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測提供了一個可移植的框架。官網(wǎng)是 https://www.tcpdump.org/，文檔也非常詳細！
??目前，最新版是 2021 年 6 月 9 日發(fā)布的 1.10.1 版本，可以直接下載預編譯的可執(zhí)行程序。源代碼托管于 Github。
strace
??strace 是一個用于 Linux 的診斷、調(diào)試和教學的用戶空間實用程序。它用于監(jiān)視和篡改進程和 Linux 內(nèi)核之間的交互，包括系統(tǒng)調(diào)用（包括參數(shù)，返回值，執(zhí)行消耗的時間）、信號傳遞和進程狀態(tài)的更改。
??strace 的操作是由稱為 ptrace 的內(nèi)核特性實現(xiàn)的。源代碼可以在 Github 獲取：https://github.com/strace/strace，官方網(wǎng)站是：https://strace.io/ 。
??strace 的用法很簡單，主要有兩種模式。一種是通過它啟動要跟蹤的進程。用法很簡單，在原本的命令前加上 strace 即可。例如：strace ethtool -g ens160，輸出內(nèi)容如下：
zcshou@ZCShou:~$ strace strace: must have PROG [ARGS] or -p PID Try 'strace -h' for more information. zcshou@ZCShou:~$ strace ethtool -g ens160 execve("/sbin/ethtool", ["ethtool", "-g", "ens160"], 0x7ffc2822d1d0 /* 57 vars */) = 0 brk(NULL) = 0x5570315f4000 access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory) openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3 fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=180943, ...}) = 0 mmap(NULL, 180943, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7fcb69fc5000 ------------------------省略一大部分---------------- +++ exited with 0 +++另外一種運行模式，是跟蹤已經(jīng)在運行的進程，在不中斷進程執(zhí)行的情況下，理解它在干嘛。 這種情況，給 strace 傳遞個 -p pid 選項即可。例如：strace -p 12313。
iperf
??Iperf 是一個廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)性能測量和調(diào)整工具。我們需要注意的是當前存在 Iperf2 和 Iperf3 這兩個不同的版本 ，這兩個版本是相互獨立的，默認我們使用的就是 Iperf2；Iperf3 則是重新實現(xiàn)的，與 Iperf2 并不兼容。目前這兩個版本都在積極開發(fā)中！以下是兩個的功能對比：
- Iperf2 源代碼托管于 https://sourceforge.net/projects/iperf2/ ；Iperf3 源代碼托管于 https://github.com/esnet/iperf
- Iperf2 最初由 NLANR/DAST 開發(fā)；Iperf3 由 ESnet / Lawrence Berkeley National Laboratory 開發(fā)，并在 BSD 協(xié)議下開源
- Iperf2 官方網(wǎng)站：https://iperf2.sourceforge.io/iperf-manpage.html；Iperf3 則是參考 https://software.es.net/iperf
- Iperf3 使用了 Iperf2 的部分代碼，他們的部分開發(fā)者同時參與了這兩個版本的開發(fā)，具體見 https://iperf.fr/
- 截止發(fā)文時間，Iperf2 最新版為 2.1.6，Iperf3 最新版為 3.11
- Iperf2 支持 Windows、Linux、MacOS；Iperf3 僅支持 Linux（Vivien Guéant 曾在 2016 年編譯過 Windows 版本，但后來沒有再維護過）
??默認情況下，Linux 系統(tǒng)沒有安裝 Iperf，Debian 系列直接使用 sudo apt install iperf 安裝即可。注意，這里安裝的其實是 Iperf2，如果要安裝 Iperf3 則需要顯示指明：sudo apt install iperf3。如下圖所示：
??要是用 Iperf，必須在測試的兩臺計算機上同時安裝 Iperf，其中一個作為服務器，另一個作為服務端。 我這里就以 Iperf2 為例，在我的 Window 11 與 Ubuntu 兩臺電腦之間簡單測試如下：
??下面就來簡單說一下 iperf 的用法。基本用法有以下四種：iperf -s [options]、iperf -c server [options]、iperf -u -s [options]、iperf -u -c server [options]，其中，-s 表示服務器模式；-c server 表示以客戶端模式連接到指定 server；默認是 TCP 協(xié)議，使用 -u 表示指定為 UDP 協(xié)議。至于 [options] 就比較多了，如下圖我截取了一部分：
至于每個參數(shù)的具體使用，需要對照手冊說了來！
Wireshark
??Wireshark 默認并沒有提供 Linux 的安裝包，如果選擇使用源代碼進行安裝，則要考慮各種依賴關(guān)系，非常麻煩。而且 Ubuntu 的 Universe 存儲庫中的 Wireshark 版本又太低，因此，我選擇了使用 Wireshark 開發(fā)者提供了一種官方 PPA 方式來進行安裝（目前來看，PPA 上也不是官網(wǎng)最新的）。具體步驟如下：
debian 存儲庫中有更新的版本：https://packages.qa.debian.org/w/wireshark.html
??安裝時，系統(tǒng)會詢問你是否允許非超級用戶捕獲數(shù)據(jù)包。使用 Tab 鍵選擇 “Yes” 允許，選擇“No” 限制非超級用戶捕獲數(shù)據(jù)包，如下圖所示，按 回車確定，最后完成安裝。
??允許非超級用戶捕獲數(shù)據(jù)包，還需要將使用 Wireshark 的用戶添加到 wireshark 組。使用 usermod 命令將自己添加到 wireshark 組：sudo usermod -aG wireshark $(whoami)，否則無法啟動抓包。
??如果在安裝完成時不小心選擇了 “No”，則以 root 用戶身份運行以下命令：sudo dpkg-reconfigure wireshark-common，然后按 tab 鍵并使用回車鍵選擇 “YES”。
??注意：Windows 系統(tǒng)中，Wireshark 依賴于 Npcap，在安裝時默認就會安裝 Npcap；Linux 系統(tǒng)中，Wireshark 依賴于 libpcap。
xcap
??xcap 是一個基于 Windows 的數(shù)據(jù)包生成和發(fā)送工具，你可以使用它來創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)包，然后通過計算機上指定的接口發(fā)送它。官網(wǎng)是 http://xcap.weebly.com/。目前最新版是 2021年 5月 4 日 發(fā)布的1.3.0 版本。
??注意，xcap 依賴 WinPcap，但是 WinPcap 已經(jīng)不在更新，后來出了個基于 WinPcap 的 Win10Pcap ，主要用于 Win7 及以上系統(tǒng)，可以直接用它來代替 WinPcap。
??xcap 使用起來還是挺簡單，xcap 的基本操作流程就是：網(wǎng)絡(luò)接口（首先啟用接口） —> 報文組（新建報文組） —> 報文（在報文組中添加多條報文）----> 發(fā)送（在啟用的接口上發(fā)送選定的報文）。xcap 采用自下而上的方式一步一步來構(gòu)造報文。
Tcpreplay
??Tcpreplay （第一個字母大寫）是一系列工具的總稱，用于編輯和重放以前由 tcpdump 和 Wireshark 等工具捕獲的網(wǎng)絡(luò)流量。目前在 GPLv3 協(xié)議下開源，源代碼可以在 https://github.com/appneta/tcpreplay 獲取，官方網(wǎng)站是 https://tcpreplay.appneta.com/。主要工具如下所示：
- 網(wǎng)絡(luò)重放工具:
- tcpreplay： 在網(wǎng)絡(luò)上以任意速度重放 pcap 文件，并可以選擇用任意 IP 地址重放
- tcpreplay-edit： 在網(wǎng)絡(luò)上以任意速度重放 pcap 文件，有許多選項可以在動態(tài)中修改數(shù)據(jù)包
- tcpliveplay： 以遠程服務器將響應的方式，在現(xiàn)網(wǎng)中重播存儲在 pcap 文件中的 TCP 網(wǎng)絡(luò)流量
- Pcap 文件編輯器及實用工具：
- tcpprep：多通道 pcap 文件預處理器，它決定數(shù)據(jù)包作為客戶端或服務器，并將它們分割成輸出文件供 tcpreplay 和 tcprewrite 使用
- tcprewrite： PCAP 文件編輯器，主要用來修改數(shù)據(jù)包的 2 層，3 層，4 層報文頭，即MAC 地址，IP 地址和端口等
- tcpcapinfo： Pcap 文件分析器用于調(diào)試損壞的 Pcap 文件
- tcpbridge： 用 tcprewrite 功能橋接兩個網(wǎng)段
??默認情況下，系統(tǒng)可能并沒有安裝 Tcpreplay，Debian 系列可以直接使用 sudo apt install tcpreplay 命令進行在線安裝（可能不是最新版），其他系統(tǒng)自行搜索對應的安裝命令即可。Tcpreplay 的使用主要分為三步：
示例
??在 Windows 11 上使用 xcap 構(gòu)造了一個 icmp-ping 的報文，然后發(fā)給 Ubuntu，Ubuntu 上打開 Wireshark 監(jiān)控通信報文，將報文保存 到本地，然后使用 tcpreplay 進行回放。具體環(huán)境如下：
操作過程如下：
注意，由于我使用了 VNC 遠程 Ubuntu，因此會導致多了很多 TCP 報文。
參考
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Network 之四 常用 Linux 网络命令及网络调试工具介绍的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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