概述

在网络会议，实时通信，网络直播中，由于网络不稳定造成的卡顿，花屏，模糊屡见不鲜，这样不稳定的网络我们称为弱网。 需要采取诸如拥塞控制，重传，纠错等手段进行优化。

实际开发中，我们碰不到客户所遇到的各种网络问题，必须通过一些工具和手段来模拟弱网条件，从而有针对性的进行调优。

验证

在开始模拟弱网，进行网络限制之前，有必要用 iperf3 来验证我们实施的网络限制是否生效

• 在服务器端启动 iperf3 server

iperf3 -s -i 3s -V -f m -p 12000

• -s, --server: 以服务器模式启动
• -f m: 显示带宽的单位为 m
• -p 12000: 指定侦听的端口

• -V --verbose: 输出更多的细节

• 在客户端启动 iperf3 client，这里我们用 udp 方式来传输数据, 这样可以观察到丢包的数据

iperf3 -c 10.224.84.89 -p 12000 -w 1m -b 10m -t 300s -i 3s  -u -l 1000

• -c: 作为客户端连接服务器
• -w 5m: 设置 socket 的缓存大小
• -b 20m: 设置发送数据的比特率(带宽)
• -t 300s: 持续时间为 300秒
• -i 3s: 每隔3秒显示报告
• -u: 用 UDP 传输
• -l 1000k: 设置读写的缓存大小，TCP 默认是 128 KB，UDP 默认是 8 KB

具体参见 https://iperf.fr/iperf-doc.php#3doc

在服务器端的显示结果如下, 我们可以观察到传输过的数据量，带宽，抖动以及丢包率

Linux ubuntu 4.15.0-180-generic #189-Ubuntu SMP Wed May 18 14:13:57 UTC 2022 x86_64
-----------------------------------------------------------
Server listening on 12000
-----------------------------------------------------------
Time: Thu, 16 Feb 2023 06:54:46 GMT
Accepted connection from 10.224.85.58, port 37666
      Cookie: ubuntu.1676530537.883608.68ec4248520
[  5] local 10.224.84.89 port 12000 connected to 10.224.85.58 port 55932
Starting Test: protocol: UDP, 1 streams, 1000 byte blocks, omitting 0 seconds, 600 second test
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  5]   0.00-3.00   sec  6.92 MBytes  19.4 Mbits/sec  0.005 ms  0/7257 (0%)
[  5]   3.00-6.00   sec  7.15 MBytes  20.0 Mbits/sec  0.014 ms  0/7500 (0%)
[  5]   6.00-9.00   sec  7.15 MBytes  20.0 Mbits/sec  0.013 ms  0/7501 (0%)
[  5]   9.00-12.00  sec  7.15 MBytes  20.0 Mbits/sec  0.016 ms  0/7499 (0%)
[  5]  12.00-15.00  sec  7.15 MBytes  20.0 Mbits/sec  0.018 ms  0/7501 (0%)
[  5]  15.00-18.00  sec  7.17 MBytes  20.0 Mbits/sec  0.047 ms  0/7514 (0%)  

Windows

在 windows 系统中，我们可以使用 clumsy 来模拟弱网条件，更改网络状况， 引入延迟(lag)，丢包(drop)，乱序等

• 关于Clumsy: https://jagt.github.io/clumsy/index.html
• 下载 Clumsy: https://jagt.github.io/clumsy/download.html
• Clumsy 手册: https://jagt.github.io/clumsy/manual.html

Mac

在 MAC 系统中, Network Link Conditioner 是一个很好用的工具，您可以从 Apple Developers 页面下载，可通过 System Preferences 访问。它可以限制上行或下行链路的带宽、延迟和数据包丢失率。

安装说明参见 https://nshipster.com/network-link-conditioner/#installation

Linux

在 Linux系统中, tc(Traffic Control)是最常用的网络控制工具，它既强大又复杂， 我们常用 netem 模块和 tc 命令常用来控制网络流量，模拟网络中常见的各种问题。

tc 用于在 Linux 内核中配置流量控制。流量控制包括以下内容：

• SHAPING 整形

当流量被整形时，它的传输速率是受控的。 整形可能不仅仅是降低可用带宽 - 它还用于平滑流量突发以获得更好的网络行为。 整形发生在出口处。

• SCHEDULING 调度

通过调度数据包的传输，可以提高需要它的流量的交互性，同时仍然保证批量传输的带宽。 重新排序也称为优先级，仅发生在出口处。

• POLICING 监管

整形处理的是流量的传输，而监管则与到达的流量有关。 因此，监管发生在入口处。

• DROPPING 丢弃

超过设定带宽的流量也可以立即被丢弃，丢弃可发生在入口和出口处

流量的处理由三种对象控制：

1) qdiscs : 简单来说，它可以理解为一个队列，以及入队出队的调度器，默认的调度器是 FIFO, 包括可分类和不可分类的 qdisc 2) classes: 类存在于 classful qdisc 中，它可以包含多个子类或单个子 qdisc, 可用于极其复杂的场景 3) filters： 过滤器 filter 是Linux流量控制系统中最复杂的组件，它提供了一种方便的机制，可以将流量控制的几个关键元素粘合在一起

关于 TC 的内容，三天三夜也讲不完，需要另外详细阐述，略过不表。

通过一些例子来看看怎么使用 TC

Loss 丢包

• 增加 loss

sudo tc qdisc add dev eth0 root netem loss 20%

• 更改 loss

sudo tc qdisc change dev eth0 root netem loss 30%

• 删除 loss

sudo tc qdisc del dev eth0 root netem loss 30%

Jitter 抖动

• 增加jitter 到 50ms

sudo tc qdisc add dev eth0 root netem rate 1000mbit delay 0ms 50ms 0%

• 更改jitter 到 100ms

sudo tc qdisc change dev eth0 root netem rate 1000mbit delay 0ms 100ms 0%

• 删除 jitter

sudo tc qdisc del dev eth0 root netem rate 1000mbit delay 0ms 100ms 0%

速率控制 Rate Control (带宽限制)

• 限制 rate 到 1mbps

sudo tc qdisc add dev eth0 root netem rate 1mbit

叠加多种限制条件 Impairments

• 使用 handle 1: 增加 rate control at root qdisc:

sudo tc qdisc add dev eth0 root handle 1: netem rate 1mbit

• 串接 500ms jitter 到 rate control qdisc handle 1:

sudo tc qdisc add dev eth0 parent 1:1 handle 10: netem rate 1000mbit delay 0ms 500ms

• 串接 5% 的丢包到 jitter qdisc

sudo tc qdisc add dev eth0 parent 10:1 netem loss 5%

inbound traffic 输入流量的限制

刚才说的都是输出流量的限制，tc 很容量来控制发送的速率，延迟和丢包，但是对于输入流量，需要引入一个虚拟网卡, 数据流向是 “client --> ifb --> nic --> server” ， 其中 ifb 是虚拟网卡，nic 是真实网卡，我们用 tc控制 ifb 到 nic 之间的发送, 来达到网络限制的目的。

• 先用 modprobe ifb 命令来启动相关的内核模块， 以创建虚拟接口，代表输入的流量

modprobe ifb

• modprobe ifb 默认创建两个 ifb 设备 ifb0 和 ifb1. 它位一开始的状态是 "down", 需要用以下命令启用

ip link set dev ifb0 up

• 如果上述命令失败，需要输入以下命令后重试上一步

ip link add ifb0 type ifb

• 在网络接口上启用 ingress 并使用 filter 将所有输入的流量重定向到虚拟的 ifb 设备

tc qdisc add dev eth0 ingress
tc filter add dev eth0 parent ffff: protocol ip u32 match u32 0 0 flowid 1:1 action mirred egress redirect dev ifb0

• 在虚拟 ifb 设备上应用网络限制，就像在普通的网络设备上一样

tc qdisc add dev ifb0 root netem delay 750ms

• 显示当前的网络设置

sudo tc qdisc show

• 删除所有的网络限制

sudo tc qdisc del dev eth0 root

如果嫌命令太烦琐,可以用如下的脚本来做网络限制 netimpair.py （这个版本有点老，我做了一些改动，回头 fork 一个 git repo 提交上去）

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