pktgen网络测试工具介绍
网上有很多讲解pktgen的文章，但总是不够全面细致，看完之后自己还是不会写pktgen测试脚本，为此本文对pktgen进行详细的阐述，让大家看完本文后能够自己动手写pktgen shell.
1.pktgen简介
pktgen是一个位于linux内核层的高性能网络测试工具，由瑞士皇家理工大学的TSlab实验室的Robert Olsson开发的（现在应该不在皇家理工了），主要用来测试网络驱动与网卡设备，支持多线程，能够产生随机mac地址、IP地址、UDP端口号的数据包，pktgen 的作者使用多CPU处理器在不同的PCI总线（pci 、pcie等总线）上用千兆以太网卡做过测试（pktgen的表现依赖于CPU处理速率、内存延时、pci总线速率等硬件参数），发送数据速率甚至可以大于10GBit/s。可见是可以满足大多数的网卡等测试需求。
pktgen的配置与统计信息查看都使用/proc文件系统完成，/proc文件系统是一种特殊的，有软件创建的文件系统，内核使用/proc文件系统向外界导出信息，外界也可以通过它配置内核态的一些进程的参数，如ps top uptime等linux发行版中的很多工具就是通过/proc实现的.在大多情况下，我们只用/proc读出数据（用于调试内核驱动等），而在pktgen中配置命令就用到了/proc的写入数据功能。
2.使用pktgen进行发包实验
现在版本的linux发行版大多加入了pktgen，使用以下命令加载pktgen模块：
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1
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#modprobe pktgen |
然后你将在你的电脑的/proc/net/pktgen看到以下文件：
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kpktgend_0 kpktgend_1 kpktgend_2 kpktgend_3 pgctrl |
其中kpktgen_*的多少是根据你的CPU的个数决定的，如我的机子的CPU数目为4,则有四个此文件。
通过命令cat /proc/net/pktgen/pgctrl可以查看pktgen的版本等信息：
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1
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#cat /proc/net/pktgen/pgctrl<br>Packet Generator for packet performance testing. Version: 2.74 |
2.1使用pktgen一些需要注意的地方
1)中断亲和力
当使用某个线程（kpktgend_x）通过某个端口（ethx）发送（接受）数据时，我们应该把这个端口所对应的中断绑定到某一个CPU上，从而防止CPU的变动（操作系统引起的）导致CPU缓存的丢失。具体做法如下
首先，通过以下命令查看ethx所对应的中断，在这里我们以eth3为例
# cat /proc/interrupts | grep eth3
47: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-0
48: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-1
49: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-2
50: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-3
51: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3:lsc
由上可以看出eth3使用了五个中断号，为47-51，我们在这里将其都绑定在CPU0上
在文件 /proc/irq/51/smp_affinity里面，使用的是16进制数，从低位到高位分别表示CPU0-->CPUn，1表示绑定，0表示不绑定。1就是0001，表示只绑定cpu0，如果是5，就是0101，表示绑定cpu0和cpu2
当然若你分开绑定的话，在大数据流的时候可以均摊CPU的负担，可能对最高性能有所提升，具体就不清楚了，这个应该还和Intel网卡的多队列相关了，有关分析有待进一步实验。
Robert测试结果说明，正确的中断亲和力绑定，对发送速率有60%的提升。
2)clone_skb：限制内存的分配(clone_skb应该只是复制skb的结构体，不复制数据区)
此部分还没有看懂，应该是跟cpu高速缓存相关，先放着，不懂并不影响后面的实验。
3)延时：减小发送速率
在发送一个数据包后延时一会，延时的单位是ns级，从而达到减小发送速率的目的。若延时时间大于发送时间，应该是可以通过此功能达到每秒发送特定数据包个数的效果，即安特定的频率发送数据包。
2.2搭建实验环境
1)实验拓扑如下
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13
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1+-----------+ +-----------+2| Host1 | | Host2 |3| eth1 +-----------+nf0 |4| | | |5| | | |67+-----------+ +-----------+ |
首先我们看下一个简单代码，对pktgen的shell 控制有个直观感受，你可以先试着看看此代码，也可以直接跳过，先看看下面的内容，然后再回过来看此代码
#!/bin/sh
# pktgen.conf -- Sample configuration for send on two devices on a UP system
#modprobe pktgen
if [[ `lsmod | grep pktgen` == "" ]];then
modprobe pktgen
fi
if [[ $1 == "" ]];then
pktsize=550
else
pktsize=$1
fi
function pgset() {
local result
echo $1 > $PGDEV
result=`cat $PGDEV | fgrep "Result: OK:"`
if [ "$result" = "" ]; then
cat $PGDEV | fgrep Result:
fi
}
function pg() {
echo inject > $PGDEV
cat $PGDEV
}
# On UP systems only one thread exists -- so just add devices
# We use eth1, eth1
echo "Adding devices to run".
PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth1"
pgset "max_before_softirq 1"
# Configure the individual devices
echo "Configuring devices"
PGDEV=/proc/net/pktgen/eth1
pgset "clone_skb 1000"
pgset "pkt_size $pktsize"
pgset "src_mac 00:1B:21:90:4B:E4"
pgset "flag IPSRC_RND"
pgset "src_min 10.0.0.2"
pgset "src_max 10.0.0.255"
pgset "dst 10.0.0.1"
pgset "dst_mac 00:4E:46:31:30:00"
pgset "count 0"
# Time to run
PGDEV=/proc/net/pktgen/pgctrl
echo "pkgsize:$pktsize"
echo "Running... ctrl^C to stop"
pgset "start"
echo "Done"
2)pktgen所有命令解释如下
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pktgen命令 |
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Pktgen控制命令 |
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start |
所有的线程开始发送 |
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stop |
停止 |
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线程的控制命令 |
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add_device |
添加某个端口到某个线程 |
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rem_device_all |
删除绑定在某个线程的所有端口 |
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max_before_softirq |
在最多发送多少个数据包后,执行do_softirq() |
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端口命令 |
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debug |
调试 |
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clone_skb |
对每个skb进行多少个复制，0表示不复制。对于Dos等测试必须至零 |
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clear_counters |
清空计数器，一般程序自动清空 |
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pkt_size |
链路包的大小（前去CRC的值） |
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min_pkt_size |
数据包最小值 |
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max_pkt_size |
最大值 |
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flags |
包的分片数量？ |
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count |
发送数据包的个数，0 表示一直发送 |
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delay |
发送两个数据包之间的延时 |
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dst |
目的IP |
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dst_min |
目的IP的最小值 |
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dst_max |
最大值 |
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src_min |
源IP最小值 |
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src_max |
最大值 |
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dst6 |
目的IPv6地址 |
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src6 |
源IPv6地址 |
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dstmac |
目的mac |
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srcmac |
源mac |
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src_mac_count |
源mac的数量，从srcmac设置的mac开始轮询 |
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dst_mac_count |
同上 |
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udp_src_min |
最小源udp端口号 |
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udp_src_max |
最大源udp端口号 |
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udp_dst_min |
最小目的udp端口号 |
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udp_dst_max |
最大目的udp端口号 |
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flows |
并发流的个数 |
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flowlen |
流的长度 |
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Flags |
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IPSRC_RND IPDST_RND TXSIZE_RND UDPSRC_RND UDPDST_RND MACSRC_RND MACDST_RND |
PSRC_RND 源IP随机发送 |
3)配置实例
通过/proc接口配置pktgen,首先为了方便起见定义两个配置函数
function pgset() {
local result
echo $1 > $PGDEV
result=`cat $PGDEV | fgrep "Result: OK:"`
if [ "$result" = "" ]; then
cat $PGDEV | fgrep Result:
fi
}
function pg() {
echo inject > $PGDEV
cat $PGDEV
}
pktgen.conf-1 ：在当CPU系统中将eth1 eth2 绑定到线程0,部分代码如下
PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0 pgset "rem_device_all" pgset "add_device eth1" pgset "add_device eth2"
pktgen.conf-2: eth1使用线程0 eth2使用线程1发送,部分代码如下
PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0 pgset "rem_device_all" pgset "add_device eth1" PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_1 pgset "rem_device_all" pgset "add_device eth2"
pktgen.conf-3:在双cpu系统中 eth1 eth2都使用线程0发送,部分代码如下
PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0 pgset "rem_device_all" pgset "add_device eth1" pgset "add_device eth2" PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_1 pgset "rem_device_all"
pktgen.conf-4：用于Dos测试的脚本，注意clone_skb 0,部分代码如下
PGDEV=/proc/net/pktgen/eth1 pgset "clone_skb 0" pgset "flag IPDST_RND" pgset "dst_min 10.0.0.0" pgset "dst_max 10.255.255.255"
pktgen.conf-5：用于路由流测试的脚本，同样注意 clone_skb 0
PGDEV=/proc/net/pktgen/eth1 pgset "clone_skb 0" pgset "flag IPDST_RND" pgset "dst_min 10.0.0.0" pgset "dst_max 10.255.255.255" #8k concurrent flows at 4 pkts pgset "flows 8192" pgset "flowlen 4"
最后贴一个比较复杂的脚本：
#Script contributed by Grant Grundler # <grundler@parisc-linux.org> # Note! 10 devices PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0 pgset "rem_device_all" pgset "add_device eth3" pgset "add_device eth5" pgset "add_device eth7" pgset "add_device eth9" pgset "add_device eth11" pgset "max_before_softirq 10000" PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_1 pgset "rem_device_all" pgset "add_device eth2" pgset "add_device eth4" pgset "add_device eth6" pgset "add_device eth8" pgset "add_device eth10" pgset "max_before_softirq 10000" # Configure the individual devices for i in 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 do PGDEV=/proc/net/pktgen/eth$i echo "Configuring $PGDEV" pgset "clone_skb 500000" pgset "min_pkt_size 60" pgset "max_pkt_size 60" pgset "dst 192.168.3.10$i" pgset "dst_mac 01:02:03:04:05:0$i" pgset "count 0" done echo "Running... CTRL-C to stop" PGDEV=/proc/net/pktgen/pgctrl pgset "start" tail -2 /proc/net/pktgen/eth*
