• 使用ping命令定位网络延迟问题

    一、背景

    使用ping命令发现局域网内延迟大，且变化较大。需要分析耗时在那一层。

    二、分析

    上图可以看出，本机ping延时非常低。在本机网络 IO 的过程中，流程会有一些差别。有差异的地方总共有两个，分别是路由和驱动程序。

    路由：

     对于本机网络 IO 来说，特殊之处在于在 local 路由表中就能找到路由项，对应的设备都将使用 loopback 网卡，也就是我们常见的 lO。

    驱动程序：

    网络设备子系统的入口函数是 dev_queue_xmit。对于真的有队列的物理设备，在该函数中进行了一系列复杂的排队等处理以后，才调用 dev_hard_start_xmit，从这个函数再进入驱动程序来发送。

    但是对于启动状态的回环设备来说（q->enqueue 判断为 false），就简单多了：没有队列的问题，直接进入 dev_hard_start_xmit。接着进入回环设备的“驱动”里的发送回调函数 loopback_xmit，将 skb “发送”出去。

    因此，可以从上面两层入手，排查问题！

    驱动：

    监控icmp包发送和接受的时刻，看时间是否过大。

    但有一个问题，链路上运行的不一定只有ICMP数据包。因此，我们需要在每一层对我们发送和接收的ICMP包进行过滤。

    路由：

    三、ICMP

    ICMP报文包含在IP数据报中，IP报头在ICMP报文的最前面。一个ICMP报文包括IP报头（至少20字节）、ICMP报头（至少八字节）和ICMP报文（属于ICMP报文的数据部分）。当IP报头中的协议字段值为1时，就说明这是一个ICMP报文。ICMP报头如下图所示。

    这里只讲解与ping有关的ICMP消息类型，主机发送回送消息(Type = 8)，被请求主机回送响应消息(Type = 0)，基本格式如下：
    回送消息[ECHO]

    回送响应消息[ECHO REPLY]

     
    •CheckSum为校验和，重点注意从ICMP的头部(即Type开始)，到data结束(即到整个数据包结束)
    •Identifier为标识符，由主机设定，一般设置为进程号，回送响应消息与回送消息中identifier保持一致
    •Sequence Number为序列号，由主机设定，一般设为由0递增的序列，回送响应消息与回送消息中Sequence Number保持一致
    •data为数据，由主机设定，回送响应消息与回送消息中data保持一致

    1. ///include/uapi/linux/icmp.h
    2.  
    3. struct icmphdr {
    4.   __u8		type;
    5.   __u8		code;
    6.   __sum16	checksum;
    7.   union {
    8. 	struct {
    9. 		__be16	id;
    10. 		__be16	sequence;
    11. 	} echo;
    12. 	__be32	gateway;
    13. 	struct {
    14. 		__be16	__unused;
    15. 		__be16	mtu;
    16. 	} frag;
    17. 	__u8	reserved[4];
    18.   } un;
    19. };

    四、实现

    1. #ifndef _LINUX_IP_H
    2. #define _LINUX_IP_H
    3.  
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. static inline struct iphdr *ip_hdr(const struct sk_buff *skb)
    8. {
    9. 	return (struct iphdr *)skb_network_header(skb);
    10. }
    11.  
    12. static inline struct iphdr *inner_ip_hdr(const struct sk_buff *skb)
    13. {
    14. 	return (struct iphdr *)skb_inner_network_header(skb);
    15. }
    16.  
    17. static inline struct iphdr *ipip_hdr(const struct sk_buff *skb)
    18. {
    19. 	return (struct iphdr *)skb_transport_header(skb);
    20. }
    21. #endif	/* _LINUX_IP_H */
    22.  
    23.  
    24.  
    25. struct iphdr {
    26. #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
    27. 	__u8	ihl:4,
    28. 		version:4;
    29. #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
    30. 	__u8	version:4,
    31.   		ihl:4;
    32. #else
    33. #error	"Please fix "
    34. #endif
    35. 	__u8	tos;
    36. 	__be16	tot_len;
    37. 	__be16	id;
    38. 	__be16	frag_off;
    39. 	__u8	ttl;
    40. 	__u8	protocol;
    41. 	__sum16	check;
    42. 	__be32	saddr;
    43. 	__be32	daddr;
    44. 	/*The options start here. */
    45. };
    46.  
    1. ///include/uapi/linux/in.h
    2.  
    3. enum {
    4.   IPPROTO_IP = 0,		/* Dummy protocol for TCP		*/
    5. #define IPPROTO_IP		IPPROTO_IP
    6.   IPPROTO_ICMP = 1,		/* Internet Control Message Protocol	*/
    7. #define IPPROTO_ICMP		IPPROTO_ICMP
    8.   IPPROTO_IGMP = 2,		/* Internet Group Management Protocol	*/
    9. #define IPPROTO_IGMP		IPPROTO_IGMP
    10.   IPPROTO_IPIP = 4,		/* IPIP tunnels (older KA9Q tunnels use 94) */
    11. #define IPPROTO_IPIP		IPPROTO_IPIP
    12.   IPPROTO_TCP = 6,		/* Transmission Control Protocol	*/
    13. #define IPPROTO_TCP		IPPROTO_TCP
    14.   IPPROTO_EGP = 8,		/* Exterior Gateway Protocol		*/
    15. #define IPPROTO_EGP		IPPROTO_EGP
    16.   IPPROTO_PUP = 12,		/* PUP protocol				*/
    17. #define IPPROTO_PUP		IPPROTO_PUP
    18.   IPPROTO_UDP = 17,		/* User Datagram Protocol		*/
    19. #define IPPROTO_UDP		IPPROTO_UDP
    20.   IPPROTO_IDP = 22,		/* XNS IDP protocol			*/
    21. #define IPPROTO_IDP		IPPROTO_IDP
    22.   IPPROTO_TP = 29,		/* SO Transport Protocol Class 4	*/
    23. #define IPPROTO_TP		IPPROTO_TP
    24.   IPPROTO_DCCP = 33,		/* Datagram Congestion Control Protocol */
    25. #define IPPROTO_DCCP		IPPROTO_DCCP
    26.   IPPROTO_IPV6 = 41,		/* IPv6-in-IPv4 tunnelling		*/
    27. #define IPPROTO_IPV6		IPPROTO_IPV6
    28.   IPPROTO_RSVP = 46,		/* RSVP Protocol			*/
    29. #define IPPROTO_RSVP		IPPROTO_RSVP
    30.   IPPROTO_GRE = 47,		/* Cisco GRE tunnels (rfc 1701,1702)	*/
    31. #define IPPROTO_GRE		IPPROTO_GRE
    32.   IPPROTO_ESP = 50,		/* Encapsulation Security Payload protocol */
    33. #define IPPROTO_ESP		IPPROTO_ESP
    34.   IPPROTO_AH = 51,		/* Authentication Header protocol	*/
    35. #define IPPROTO_AH		IPPROTO_AH
    36.   IPPROTO_MTP = 92,		/* Multicast Transport Protocol		*/
    37. #define IPPROTO_MTP		IPPROTO_MTP
    38.   IPPROTO_BEETPH = 94,		/* IP option pseudo header for BEET	*/
    39. #define IPPROTO_BEETPH		IPPROTO_BEETPH
    40.   IPPROTO_ENCAP = 98,		/* Encapsulation Header			*/
    41. #define IPPROTO_ENCAP		IPPROTO_ENCAP
    42.   IPPROTO_PIM = 103,		/* Protocol Independent Multicast	*/
    43. #define IPPROTO_PIM		IPPROTO_PIM
    44.   IPPROTO_COMP = 108,		/* Compression Header Protocol		*/
    45. #define IPPROTO_COMP		IPPROTO_COMP
    46.   IPPROTO_SCTP = 132,		/* Stream Control Transport Protocol	*/
    47. #define IPPROTO_SCTP		IPPROTO_SCTP
    48.   IPPROTO_UDPLITE = 136,	/* UDP-Lite (RFC 3828)			*/
    49. #define IPPROTO_UDPLITE		IPPROTO_UDPLITE
    50.   IPPROTO_MPLS = 137,		/* MPLS in IP (RFC 4023)		*/
    51. #define IPPROTO_MPLS		IPPROTO_MPLS
    52.   IPPROTO_RAW = 255,		/* Raw IP packets			*/
    53. #define IPPROTO_RAW		IPPROTO_RAW
    54.   IPPROTO_MAX
    55. };

    驱动层如何识别ICMP报文？

    在.ndo_start_xmit = esp_hard_start_xmit，函数中，将邻居子系统传递下来的skb使用ip_hdr函数即可转换！

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4.  
    5. struct iphdr *iph;
    6. struct icmphdr *icmpph = NULL;
    7.  
    8. iph = ip_hdr(skb);
    9. ​if(iph->protocol==IPPROTO_ICMP ) {
    10.     //如果是ICMP报文
    11. 	icmpph = (struct icmphdr *) ((u8 *) iph + (iph->ihl << 2));
    12. 	printk("ESP type:%d, code:%d\n", icmpph->type, icmpph->code);
    13.     if(icmpph->type==8 && icmpph->code==0) {//ping 请求
    14.         printk(KERN_ERR "ping RQ:%d\n",icmpph->un.echo.sequence);
    15.     }
    16. }

    ref：

    不为人知的网络编程(十三)：深入操作系统，彻底搞懂127.0.0.1本机网络通信 - 知乎

    linux内核协议栈 icmp 报文收发流程_老王不让用的博客-CSDN博客

    ping命令全链路分析(4) - 数据包内核态处理 - 知乎

    Linux内核：从skb获取udp头，udp_hdr()获取到是错误的udp头_kanguolaikanguolaik的博客-CSDN博客

    网络-ICMP协议、Ping命令实现与ICMP攻击_51CTO博客_icmp ping

    ICMP协议之ping实现_yo-yo的博客-CSDN博客

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/wwwlyj123321/article/details/127717968