高负载下的 TCP 性能测试及优化实践

TCP 是网络通信中最重要的协议之一，而高负载下的 TCP 性能问题也是网络运维人员经常面临的挑战。掌握 TCP 性能测试和优化技巧，对于保证网络稳定性和提升用户体验至关重要。本文将介绍高负载下的 TCP 性能测试及优化实践。

如何在 Linux 上安装 tcpping

测量到远程主机的网络延迟的一种常用方法是使用ping应用程序。该ping工具依赖 ICMP ECHO 请求和回复数据包来测量远程主机的往返延迟。但是，在某些情况下，ICMP 流量可能会被防火墙阻止，这使得该ping应用程序对于受限制的防火墙后面的主机毫无用处。在这种情况下，你将需要依赖使用 TCP/UDP 数据包的第 3 层测量工具，因为这些第 3 层数据包更有可能绕过常见的防火墙规则。

一种这样的第 3 层测量工具是tcpping. 为了测量延迟，tcpping利用所谓的半开放连接技术，基于 TCP 三路握手。也就是说，它通过端口号（默认为 80）向远程主机发送 TCP SYN 数据包。如果远程主机正在侦听该端口，它将以 TCP ACK 数据包响应。否则，它将以 TCP RST 数据包响应。无论哪种方式，tcpping都可以通过定时传出 SYN 数据包和传入 ACK（或 RST）数据包来测量远程主机的往返时间 (RTT) 延迟。

在 Linux 上安装tcpping

tcpping作为 shell 脚本实现，该脚本响应外部工具来执行和报告 RTT 测量。因此，为了安装tcpping，你首先需要先安装这些先决条件。

安装依赖 tcptraceroute

要在 Ubuntu 或 Debian 上安装tcptraceroute：

$ sudo apt-get install tcptraceroute

要在 CentOS 或 RHEL 上安装tcptraceroute，首先在你的系统上设置 RepoForge，然后运行：

$ sudo yum install tcptraceroute

安装依赖 bc

使用的另一个工具tcpping是GNUbc，它预装在所有主要的 Linux 发行版上。但是，如果你tcpping在最小 Linux 运行时环境（例如Docker容器、AWS 最小映像 AMI）中运行，则bc可能不会预先安装。在这种情况下，你需要bc自己安装。

在Debian 的 Linux 上安装：

$ sudo apt-get install bc

在 Red Hat 的 Linux 上安装：

$ sudo yum install bc

安装 tcpping

安装这些必备工具后，最后继续tcpping从官方源下载。

$ wget http://www.vdberg.org/~richard/tcpping    
$ cp tcpping /usr/bin    
$ chmod 755 tcpping

使用tcpping来衡量延迟

要使用 测量网络延迟tcpping，你可以使用以下格式。

tcpping [-d] [-c] [-r sec] [-x count] ipaddress [端口]

-d: 在每个结果之前打印时间戳。 -c: 使用分列输出以便于解析。 -r：连续探测之间的间隔（以秒为单位）（默认为 1 秒）。 -x: 重复 n 次（默认无限制）。 [port]: 目标端口（默认为 80）。

请注意，你需要 root 权限才能运行，tcpping因为它需要调用特权tcptraceroute命令。

对于任何开放 80 端口的目标 Web 服务器，你可以使用以下方法测量其 RTT 延迟tcpping。

tcpping www.rumenz.com  
seq 0: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   33.822 ms  
traceroute to rumenz.com (42.194.162.109), 255 hops max, 60 byte packets  
seq 1: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   33.975 ms  
traceroute to rumenz.com (42.194.162.109), 255 hops max, 60 byte packets  
seq 2: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   32.010 ms  
traceroute to rumenz.com (42.194.162.109), 255 hops max, 60 byte packets  
seq 3: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   32.209 ms  
traceroute to rumenz.com (42.194.162.109), 255 hops max, 60 byte packets  
seq 4: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   30.866 ms  
traceroute to rumenz.com (42.194.162.109), 255 hops max, 60 byte packets  
seq 5: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   34.866 ms  
traceroute to rumenz.com (42.194.162.109), 255 hops max, 60 byte packets  
seq 6: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   32.604 ms  
traceroute to rumenz.com (42.194.162.109), 255 hops max, 60 byte packets  
seq 7: tcp response from 42.194.162.109 (42.194.162.109)   30.495 ms

对于任意远程主机，在运行tcpping. 要检查远程 TCP 端口是否打开，你可以使用nc如下命令。

$ nc -vn  

-t: 连续 TCPing ，直到使用 Ctrl+C 键停止

tcping -t 1.1.1.1 80

-w 0.5: 设置超时时间为 0.5秒（1秒=1000毫秒），单位 秒

tcping -w 0.5 1.1.1.1 80

-s: 当 TCPing 测试成功后（在超时时间以内返回 TCPing 延迟数据）自动停止 TCPing

tcping -s 1.1.1.1 80

-4: 优先 IPv4（如果一个域名有 IPv4 和 IPv6 解析，那么走 IPv4）

tcping -s 1.1.1.1 80

–file: TCPing 将逐行循环遍历文件内的 服务器IP/域名 信息（一行一个，支持端口，例如：1.1.1.1 443）

tcping --file rumenz.txt

TCP 性能问题是网络运维人员不可避免的挑战，但通过采用合适的测试工具和优化技巧，我们可以找到和解决问题。本文总结了高负载下 TCP 流量测试和优化的相关知识，包括利用 iperf3 进行流量测试，使用 sysctl 和 ethtool 优化 TCP 协议参数等，帮助读者更好地了解和掌握 TCP 性能优化方案。在日常网络运维中，掌握这些技巧和工具将极大地提升我们的工作效率和业务竞争力。

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