模拟 Linux 上延迟和丢失数据包

Question

我想在Linux上模拟UDP和TCP数据包的延迟和丢失，以衡量应用程序的性能。是否有一种简单的方法来实现这个目标？

- Alec

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这个关于网络物理模拟的教程包含了C++类在示例代码中，用于模拟UDP连接中的延迟和数据包丢失，并可能对您有所指导。请参见可下载源代码中Connection.h文件中的Connection类的公共latency和packetLoss变量。 - Judge Maygarden

参见/重复：模拟缓慢网络连接的网络工具 - blahdiblah

对于OS X，请参见：https://superuser.com/questions/173882/netem-for-mac-os-x-to-emulate-network-latency-and-dropped-packets - Lenar Hoyt

Answer 1

netem 利用已经内置在Linux和用户空间工具中的功能来模拟网络。这实际上就是Mark答案所指的内容，只是使用了另一个名称。

他们网站上的示例已经展示了如何实现您所要求的内容：

示例

仿真广域网延迟

这是最简单的示例，它只是对所有从本地以太网出去的数据包添加了固定数量的延迟。

# tc qdisc add dev eth0 root netem delay 100ms

现在，对本地网络上的主机进行简单的ping测试应该会显示100毫秒的增加。延迟受内核时钟分辨率（Hz）的限制。在大多数2.4系统中，系统时钟运行在100 Hz，这允许以10ms的增量产生延迟。在2.6中，该值是一个配置参数，范围从1000到100 Hz。

后面的例子只是改变参数而不重新加载qdisc。

真实的广域网展示了可变性，因此可以添加随机变化。

# tc qdisc change dev eth0 root netem delay 100ms 10ms

这会导致额外的延迟为100±10ms。网络延迟变化并非纯随机，为了模拟这种情况，还有一个相关值。

# tc qdisc change dev eth0 root netem delay 100ms 10ms 25%

这将导致添加的延迟为100±10毫秒，下一个随机元素取决于上一个元素的25%。这并不是真正的统计相关性，而是一种近似。

延迟分布

通常，网络延迟不是均匀的。更常见的做法是使用类似正态分布的东西来描述延迟的变化。netem disipline可以采用表格来指定非均匀分布。

# tc qdisc change dev eth0 root netem delay 100ms 20ms distribution normal

实际的表格（normal、pareto、paretonormal）是作为iproute2编译的一部分生成并放置在/usr/lib/tc中的；因此，可以通过一些努力基于实验数据制作自己的发行版。

数据包丢失

在“tc”命令中以百分比指定随机数据包丢失。最小可能的非零值为：

2⁻³² = 0.0000000232%

# tc qdisc change dev eth0 root netem loss 0.1%

这会导致随机丢弃1/10个百分点的数据包（即1000个数据包中有1个被丢弃）。

还可以添加可选关联。这会使随机数生成器不太随机，并可用于模拟数据包突发性丢失。

# tc qdisc change dev eth0 root netem loss 0.3% 25%

这会导致 0.3% 的数据包丢失，并且每个连续的概率都依赖于上一个概率的四分之一。

Prob_n = 0.25 × Prob_n-1 + 0.75 × Random

请注意，如果您在该接口上没有规则，则应使用tc qdisc add，如果您已经为该接口设置了规则，则应使用tc qdisc change。试图在没有规则的接口上使用tc qdisc change将会出现错误RTNETLINK answers: No such file or directory。

- ephemient

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原始网站有那个错误，我只是直接复制了那段文字。但是没错，2^(-32)=2.33e-10。 - ephemient

请注意，tc -p qdisc ls dev eth0将列出当前定义的规则，而tc qdisc del dev eth0 root将删除它们。 - Quamis

因为尝试更改不存在的条目而指出错误，已被点赞。 - Neo

@ephemient，IP级别上是否可以做类似的事情？例如，针对单个IP地址丢弃和延迟数据包？https://stackoverflow.com/questions/46945705 - Greg

这只适用于出站数据包，不适合模拟网络丢失。 iptables 对传入流量应用正确。 - Phuah Yee Keat

Answer 2

对于丢弃的数据包，我会简单地使用iptables和统计模块。

iptables -A INPUT -m statistic --mode random --probability 0.01 -j DROP

以上代码将有1%的概率丢弃一个入站数据包。请注意，如果超过0.14，大多数TCP连接很可能会完全停顿。

使用-D命令撤销：

iptables -D INPUT -m statistic --mode random --probability 0.01 -j DROP 

查看 man iptables 命令并搜索“statistic”以获取更多信息。

- Bjarke Freund-Hansen

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为什么TCP连接在超过14％后会停顿？ - David Wolever

因为 TCP 滑动窗口大小的调整方式。但是那个14%只是经验值，你可以自己试一下，会发现当丢包率达到14%及以上时，SSH基本上无法使用，而在更低的丢包率下则表现得非常好。 - Bjarke Freund-Hansen

为了安全起见，最好将规则限制在你想测试的端口上：iptables -A INPUT --dport FOO -m statistics .... 这样，你的 SSH 和其他连接将保持不变，你可以增加感兴趣服务的丢包率，以便更快地重现任何问题。 - Mikhail T.

请注意，在出站连接上使用DROP命令可能会让send()操作返回EPERM，而不是像本应该做的那样丢弃数据包。 - Fake Name

需要撤销这个命令，只需要运行以下命令即可：iptables -D INPUT -m statistic --mode random --probability 0.01 -j DROP - jcalfee314

Answer 3

iptables（8）有一个统计匹配模块，可以用来匹配每第n个数据包。要丢弃此数据包，只需添加-j DROP。

- hillu

Answer 4

科学界中用于这一目的最常用的工具之一是DummyNet。一旦您安装了ipfw内核模块，只需运行以下命令即可在两台计算机之间引入50ms的传播延迟：

./ipfw pipe 1 config delay 50ms
./ipfw add 1000 pipe 1 ip from $IP_MACHINE_1 to $IP_MACHINE_2

为了引入50%的数据包丢失，您需要运行以下命令：

./ipfw pipe 1 config plr 0.5

这里有更多细节。

- gaetano

Answer 5

一个易于使用的网络故障注入工具是Saboteur。它可以模拟以下情况：

• 完全的网络分区
• 远程服务停止（未在预期端口上侦听）
• 延迟
• 数据包丢失 -TCP连接超时（通常在两个系统由有状态防火墙分开时发生）

- Alex Giotis

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遗憾的是，该项目的最后一次提交是在2015年8月28日，也就是将近4年前。未解决的问题现在已经有5年了。 - Ali

Answer 6

我自己没有尝试过，但这个页面列出了在Linux内置的iptables IP过滤系统中运行的插件模块列表。其中一个模块叫做“nth”，允许您设置一个规则来丢弃可配置速率的数据包。至少可能是一个好的起点。

- unwind