輕松一招，教你實現模擬弱網環境
運維過程中，最復雜的問題，莫過于網絡的問題，而網絡問題最煩的就是無法復現，這篇介紹一個強大的網絡模擬工具Netem。
Netem是從linux 2.6以上內核版本開始提供的一個網絡模擬功能模塊，它主要用來在性能良好的網絡環境中，模擬出復雜的網絡傳輸性能，比如低帶寬、傳輸延遲、丟包等各種常見的網絡故障的情況。
而Netem是由命令行工具tc控制，tc我們應該比較熟悉，tc是iproute2工具包的一部分，它的全稱是traffic control(流量控制)，最常用的莫過于通過nc監聽進行反彈shell。
tc主要用于linux內核的流量控制，主要是通過在是輸出端口處建立一個隊列來實現流量控制，接收包從輸入接口進來后，經過流量限制，丟棄不符合規定的數據包，由輸入多路分配器進行判斷選擇，如果接收包的目的是本主機，那么將該包送給上層處理，否則需要進行轉發，將接收包交到轉發塊處理，轉發塊同時也接收本機上層(TCP、UDP等)產生的包。轉發塊通過查看路由表，決定所處理包的下一跳，然后對包進行排列以便將他們傳送到輸出接口，一般我們只能限制網卡發送的數據包，不太好限制網卡接收的數據包，所以我們可以通過改變發送次序來控制傳輸速率，linux流量控制主要是在輸出接口排列時進行處理和實現的。
關于linux內部網絡包轉發，在公眾號之前發過的文章《nfstable比iptables強在哪里》里面有較詳細的介紹，這里就不羅嗦了，有興趣的可以點進去看下。
回到正題，我們主要通過tc工具加Netem模塊進行網絡狀況的模擬，看下netem模塊的強大功能
網絡狀況不好的情況通常就是以下幾個表現：延遲、丟包、亂序、重復、錯誤等，我們就通過netem來模擬以上這幾種情況，建議不要生產環境測試，熟練掌握后再使用
在tc配置netem的操作中，主要有4個控制參數，分別是add(表示為指定網卡添加Netem配置)，change(表示修改已經存在的Netem配置)，replace(表示替換已經存在的Netem配置的值)，del(表示刪除網卡上的Netem配置)，好了，接著開始測試幾種情況。
模擬延遲傳輸
- tc qdisc add dev eth0 root netem daly 100ms
模擬網絡，所有的報文延遲100ms發送
上面的命令中qdisc是排隊規則，沒有添加規則之前，因為是內網，所以ping延遲在1ms，添加延遲后，增加到100ms
在真實的網絡環境中，我們通常很難看到非常穩定的時延，別杠內網，所以netem也考慮到這一點，模擬延遲參數中提供了控制延遲的時間分布的可選參數，完整的參數列表如下：
可以看到，除了TIME外，還有三個可選參數：
- JITTTER：網絡抖動，增加一個隨機事件長度，讓延遲事件出現在某個范圍
- CORRELATION：相關系數，下一個報文延遲事件和上一個報文的相關系數
- distribution：延遲分布，可以選擇的值有uniform、normal、pareto和paretonormal
先來看下JITTER，如果設置為10ms，那么報文延遲事件會在100ms± 10ms之間隨機選擇，看下效果
CORRELATION是指包和包之間的相關性，因為網絡狀況是平滑變化的，短時間里相鄰報文的延遲應該是近似的，而不是完全隨機的，這個值是個百分比，如果為100%，就是固定延遲的情況，如果是0%則是隨機延遲的情況，接著剛才的配置繼續看下效果
而distribution則是通過正態分布的方式來模擬更符合真實網絡情況，它的幾個參數就是幾種延遲分布方法，有興趣的可以試一下
模擬丟包率
丟包在網絡中是最常見的一種情況，丟包會導致重傳，重傳會增加網絡鏈路的流量和延遲，Netem提供了loss參數，可以模擬丟包率
- tc qdisc add dev eth0 root netem loss 50%
看下效果
和延遲類似，丟包率也有相關系數的參數可以設置，表示后一個報文丟包率和它前一個報文的相關性
- tc qdisc add dev eth0 root netem loss 50% 25%
上面這個命令表示，丟包率是50%，并且當前報文丟棄的可能性和前一個報文相關性為25%
模擬包重復
模擬報文重復，用duplicate參數，報文重復和丟包的參數類似，就是重復率和相關性兩個參數，比如隨機產生50%重復的包
- tc qdisc add dev eth0 root netem duplicate 50%
看下效果
相關性和其他參數一樣，有興趣可以測試
模擬包損壞
模擬報文損壞用參數corrupt，報文損壞和報文重復的參數也類似，比如隨機產生30%損壞的報文
- tc qdisc add dev eth0 root netem corrupt 30%
查看效果
可以從icmp_seq看到，損壞的報文，導致嚴重的丟包
模擬包亂序
我們知道TCP為了保證可靠傳輸，會在報文中添加序列號，確保被拆分的包能夠到達后進行重組，那么最好的情況就是包能按序傳輸，減少重新排序的次數，雖然包亂序造成的影響沒有上面幾種嚴重，但是仍然是會經常遇到，netem同樣提供了模擬包亂序的方法
模擬報文亂序和前面的參數不太一樣，上面的操作都是針對單個報文的，而亂序則牽扯到多個報文重組的問題，所以Netem這里有兩種方法來模擬亂序
第一種是固定的每隔一定數量的報文亂序一次
- tc qdisc add dev eth0 root netem reorder 50% gap 3 delay 100ms
上面這個是每隔3個數據包正常發送，其他的數據包延遲100ms發送
第二種方法是更接近顯示情況的，就是隨機的，用概率來選擇亂序的報文
- tc qdisc change dev eth0 root netem reorder 50% 15% delay 300ms
看效果
上面這個就是50%的報文正常發送，其他報文延遲300ms發送
查看已配置過濾條件
測試的過程中，肯定需要查看當前配置了那些條件，通過tc的show指令可以進行查看
對于模擬弱網環境，排查問題，這個工具必不可少，趕緊收藏！
