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云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法

概述

当客户端访问目标服务器出现ping丢包或ping不通时，可以通过tracert或mtr等工具进行链路测试来判断问题根源。本文介绍如何通过工具进行链路测试和分析。

 

详细信息

本文分别介绍如下链路测试方法。

  • 链路测试工具
  • 测试结果的简要分析
  • 常见的链路异常场景
  • 链路测试步骤
  • 测试完成后的解决方法

 

链路测试工具

操作系统类型不同，链路测试所使用的工具也有所不同。简要介绍如下。

 

Linux系统

此处简单介绍两个链路测试工具。

 

工具一：mtr命令

mtr（My traceroute）几乎是所有Linux发行版本预装的网络测试工具。其将ping和traceroute的功能合并，所以功能更强大。mtr默认发送ICMP数据包进行链路探测。您也可以通过“-u”参数来指定使用UDP数据包进行探测。相对于traceroute只会做一次链路跟踪测试，mtr会对链路上的相关节点做持续探测并给出相应的统计信息。所以，mtr能避免节点波动对测试结果的影响，所以其测试结果更正确，建议优先使用。

 

用法说明

mtr [-BfhvrwctglxspQomniuT46] [--help] [--version] [--report]
                [--report-wide] [--report-cycles=COUNT] [--curses] [--gtk]
                [--csv|-C] [--raw] [--xml] [--split] [--mpls] [--no-dns] [--show-ips]
                [--address interface] [--filename=FILE|-F]
                [--ipinfo=item_no|-y item_no]
                [--aslookup|-z]
                [--psize=bytes/-s bytes] [--order fields]
                [--report-wide|-w] [--inet] [--inet6] [--max-ttl=NUM] [--first-ttl=NUM]
                [--bitpattern=NUM] [--tos=NUM] [--udp] [--tcp] [--port=PORT] [--timeout=SECONDS]
                [--interval=SECONDS] HOSTNAME

常见可选参数说明

  • –report：以报告模式显示输出。
  • –split：将每次追踪的结果分别列出来，而非统计整个结果。
  • –psize：指定ping数据包的大小。
  • –no-dns：不对IP地址做域名反解析。
  • –address：主机有多个IP地址时，设置发送数据包的IP地址。
  • -4：只使用IPv4协议。
  • -6：只使用IPv6协议。

另外，也可以在mtr运行过程中，输入类似如下的字母来快速切换模式。

  • ？或h：显示帮助菜单。
  • d：切换显示模式。
  • n：启用或禁用DNS域名解析。
  • u：切换使用ICMP或UDP数据包进行探测。

 

命令输出示例
云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法插图

 

返回结果说明

默认配置下，返回结果中各数据列的说明如下。

  • 第一列（Host）：节点IP地址和域名。按 n 键可切换显示。
  • 第二列（Loss%）：节点丢包率。
  • 第三列（Snt）：每秒发送数据包数。默认值是10，可以通过“-c”参数指定。
  • 第四列（Last）：最近一次的探测延迟。
  • 第五、六、七列（Avg、Best、Worst）：分别是探测延迟的平均值、最小值和最大值。
  • 第八列（StDev）：标准偏差。越大说明相应节点越不稳定。

 

工具二：traceroute命令

traceroute也是几乎所有Linux发行版本预装的网络测试工具，用于跟踪Internet协议（IP）数据包传送到目标地址时经过的路径。traceroute先发送小的具有最大存活时间值（Max_TTL）的UDP探测数据包，然后侦听从网关开始的整个链路上的ICMP TIME_EXCEEDED响应。探测从TTL=1开始，TTL值逐步增加，直至接收到ICMP PORT_UNREACHABLE消息。ICMP PORT_UNREACHABLE消息用于标识目标主机已经被定位，或命令已经达到允许跟踪的最大TTL值。traceroute默认发送UDP数据包进行链路探测。可以通过“-I”参数来指定使用ICMP数据包进行探测。

 

用法说明

traceroute [-I] [ -m Max_ttl ] [ -n ] [ -p Port ] [ -q Nqueries ] [ -r ] [ -s SRC_Addr ] [ -t TypeOfService ] [ -f flow ] [ -v ] [ -w WaitTime ] Host [ PacketSize ]

常见可选参数说明

  • -d：使用Socket层级的排错功能。
  • -f：设置第一个检测数据包的存活数值TTL的大小。
  • -F：设置不要分段标识。
  • -g：设置来源路由网关，最多可设置8个。
  • -i：主机有多个网卡时，使用指定的网卡发送数据包。
  • -I：使用ICMP数据包替代UDP数据包进行探测。
  • -m：设置检测数据包的最大存活数值TTL的大小。
  • -n：直接使用IP地址而非主机名称（禁用DNS反查）。
  • -p：设置UDP传输协议的通信端口。
  • -r：忽略普通的Routing Table，直接将数据包发送到目标主机上。
  • -s：设置本地主机发送数据包的IP地址。
  • -t：设置检测数据包的TOS数值。
  • -v：详细显示指令的执行过程。
  • -w：设置等待远端主机回包时间。
  • -x：开启或关闭数据包的正确性检验。

 

命令输出示例

云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法插图1

 

Windows系统

此处简单介绍两个链路测试工具。

 

工具一：WinMTR（建议优先使用）

WinMTR是mtr工具在Windows环境下的图形化实现，但进行了功能简化，只支持部分mtr的参数。WinMTR默认发送ICMP数据包进行探测，无法切换。和mtr一样，相比tracert，WinMTR能避免节点波动对测试结果的影响，所以测试结果更正确。所以在WinMTR可用的情况下，建议优先使用WinMTR进行链路测试。

注：可以单击此处下载WinMTR工具。

 

用法说明

WinMTR无需安装，直接解压运行即可。操作方法非常简单，说明如下。

  1. 如下图所示，运行程序后，在 Host 字段输入目标服务器域名或IP，注意不要包含空格。
    云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法插图2
  2. 单击 Start 开始测试。开始测试后，相应按钮变成了 Stop。
  3. 运行一段时间后，单击 Stop 停止测试。
  4. 其它选项说明如下。
    • Copy Text to clipboard：将测试结果以文本格式复制到粘贴板。
    • Copy HTML to clipboard：将测试结果以HTML格式复制到粘贴板。
    • Export TEXT：将测试结果以文本格式导出到指定文件。
    • Export HTML：将测试结果以HTML格式导出到指定文件。
    • Options：可选参数，包括的可选参数如下。
      • Interval（sec）：每次探测的间隔（过期）时间。默认为1秒。
      • ping size(bytes)：ping探测所使用的数据包大小，默认为64字节。
      • Max hosts in LRU list：LRU列表支持的最大主机数，默认值为128。
      • Resolve names：通过反查IP地址，以域名显示相关节点。

 

返回结果说明

默认配置下，返回结果中各数据列的说明如下。

  • 第一列（Hostname）：节点的IP或域名。
  • 第二列（Nr）：节点编号。
  • 第三列（Loss%）：节点丢包率。
  • 第四列（Sent）：已发送的数据包数量。
  • 第五列（Recv）：已成功接收的数据包数量。
  • 第六、七、八、九列（Best 、Avg、Worst、Last）：分别是到相应节点延迟的最小值、平均值、最大值和最后一次值。

 

工具二：tracert命令行工具

tracert(Trace Route)是Windows自带的网络诊断命令行程序，用于跟踪Internet协议(IP)数据包传送到目标地址时经过的路径。 tracert通过向目标地址发送 ICMP 数据包来确定到目标地址的路由。在这些数据包中，tracert使用了不同的IP“生存期”，即TTL值。由于要求沿途的路由器在转发数据包前必须至少将TTL减少1，因此TTL实际上相当于一个跃点计数器 (hop counter)。当某个数据包的TTL达到0时，相应节点就会向源计算机发送一个ICMP超时的消息。

 

tracert第一次发送TTL为“1”的数据包，并在每次后续传输时将TTL增加“1”，直到目标地址响应或达到 TTL 的最大值。中间路由器发送回来的 ICMP“超时”消息中包含了相应节点的信息。

 

用法说明

tracert [-d] [-h maximum_hops] [-j host-list] [-w timeout] [-R] [-S srcaddr] [-4] [-6] target_name

常见可选参数说明

  • -d：不要将地址解析为主机名（禁用DNS反解）。
  • -h：maximum_hops，指定搜索目标地址时的最大跃点数。
  • -j： host-list，指定沿主机列表的松散源路由。
  • -w：timeout，等待每个回复的超时时间（以毫秒为单位）。
  • -R：跟踪往返行程路径(仅适用于IPv6)。
  • -S：srcaddr，要使用的源地址(仅适用于IPv6)。
  • -4：强制使用IPv4。
  • -6：强制使用IPv6。
  • target_host：目标主机域名或IP地址。

 

命令输出示例

C:\> tracert -d 223.5.5.5
通过最多 30 个跃点跟踪到 223.5.5.5 的路由
1                          请求超时。
2     9 ms     3 ms    12 ms  192.168.X.X
3     4 ms     9 ms     2 ms  X.X.X.X
4     9 ms     2 ms     1 ms  XX.XX.XX.XX
5    11 ms                  211.XX.X.XX
6     3 ms     2 ms     2 ms  2XX.XX.1XX.XX
7     2 ms     2 ms     1 ms  42.XX.2XX.1XX
8    32 ms     4 ms     3 ms  42.XX.2XX.2XX
9                          请求超时。
10     3 ms     2 ms     2 ms  223.5.5.5
跟踪完成。

 

测试结果的简要分析

由于mtr（WinMTR）有更高的准确性，本文以其测试结果为例，参考如下要点进行分析。此处分析时以如下示例图为基础。

云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法插图3

 

要点一：网络区域

正常情况下，从客户端到目标服务器的整个链路中会包含如下区域。

  • 客户端本地网络，即本地局域网和本地网络提供商网络。如上图中的区域A。如果该区域出现异常，并且是客户端本地网络中的节点出现异常，则需要对本地网络进行相应的排查分析。如果是本地网络提供商网络出现异常，则需要向当地运营商反馈问题。
  • 运营商骨干网络。如上图中的区域B。如果该区域出现异常，可以根据异常节点的IP查询其所属的运营商，直接向对应运营商进行反馈，或者通过阿里云技术支持，向运营商进行反馈。
  • 目标服务器本地网络，即目标服务器所属提供商的网络。如上图中的区域C。如果该区域出现异常，需要向目标服务器所属的网络运营商反馈问题。

 

要点二：链路负载均衡

如上图中的区域D。如果中间链路某些部分启用了链路负载均衡，则mtr只会对首尾节点进行编号和探测统计。中间节点只会显示相应的IP或域名信息。

 

要点三：结合Avg（平均值）和StDev（标准偏差）综合判断

由于链路抖动或其它因素的影响，节点的Best和Worst值可能相差很大。Avg统计了自链路测试以来所有探测的平均值，所以能更好的反应出相应节点的网络质量。而StDev越高，则说明数据包在相应节点的延时值越不相同，即越离散。所以标准偏差值可用于协助判断Avg是否真实反应了相应节点的网络质量。例如，如果标准偏差很大，说明数据包的延迟是不确定的。可能某些数据包延迟很小，例如25ms，而另一些延迟却很大，例如350ms，但最终得到的平均延迟反而可能是正常的。所以，此时Avg并不能很好的反应出实际的网络质量情况。

 

综上，建议的分析标准如下。

  • 如果StDev很高，则同步观察相应节点的Best和Worst，来判断相应节点是否存在异常。
  • 如果StDev不高，则通过Avg来判断相应节点是否存在异常。

    注：上述StDev高或者不高，并没有具体的时间范围标准。而需要根据同一节点其它列的延迟值大小来进行相对评估。比如，如果Avg为30ms，那么，当StDev为25ms，则认为是很高的偏差。而如果Avg为325ms，则StDev同样为25ms，反而认为是不高的偏差。

 

要点四：Loss%（丢包率）的判断

任一节点的Loss%（丢包率）如果不为零，则说明这一跳网络可能存在问题。导致相应节点丢包的原因通常有如下两种。

  • 运营商基于安全或性能需求，限制了节点的ICMP发送速率，导致丢包。
  • 节点确实存在异常，导致丢包。

结合异常节点及其后续节点的丢包情况，并参考如下内容，判定丢包原因。

  • 如果随后节点均没有丢包，则通常表示异常节点丢包是由于运营商策略限制所致。可以忽略相关丢包。如上图中的第2跳所示。
  • 如果随后节点也出现丢包，则通常说明异常节点确实存在网络异常，导致丢包。如上图中的第5跳所示。

另外，上述两种情况可能同时发生，即相应节点既存在策略限速，又存在网络异常。对于这种情况，如果异常节点及其后续节点连续出现丢包，而且各节点的丢包率不同，则通常以最后几跳的丢包率为准。如上图所示，在第 5、6、7跳均出现了丢包。所以，最终丢包情况，以第7跳的40%作为参考。

 

要点五：关于延迟

关于延迟，有如下两种场景。

 

场景一：延迟跳变

如果在某一跳之后延迟明显陡增，则通常判断该节点存在网络异常。如上图所示，从第5跳之后的后续节点延迟明显陡增，则推断是第5跳节点出现了网络异常。不过，高延迟并不一定完全意味着相应节点存在异常。如上图所示，第5跳之后，虽然后续节点延迟明显陡增，但测试数据最终仍然正常到达了目的主机。所以，延迟大也有可能是在数据回包链路中引发的。所以，最好结合反向链路测试一并分析。

 

场景二：ICMP限速导致延迟增加

ICMP策略限速也可能会导致相应节点的延迟陡增，但后续节点通常会恢复正常。如上图所示，第3跳有100%的丢包率，同时延迟也明显陡增。但随后节点的延迟马上恢复了正常。所以判断该节点的延迟陡增及丢包是由于策略限速所致。

 

常见的链路异常场景

常见的链路异常场景及测试报告如下。

 

场景一：目标主机网络配置不当

示例数据如下。

[root@mycentos6 ~]# mtr —no-dns www.google.com
My traceroute  [v0.75]
mycentos6.6 (0.0.0.0)                         Wed Jun 15 19:06:29 2016
Keys:  Help   Display mode                    Packets               Pings 
Host                                        Loss%   Snt   Last   Avg  Best  Wrst StDev 
1. ???
2. ???
3. 1XX.X.X.X                              0.0%     10  521.3  90.1   2.7 521.3 211.3
4. 11X.X.X.X                              0.0%     10    2.9   4.7   1.6  10.6   3.9
5. 2X.X.X.X                               80.0%    10    3.0   3.0   3.0   3.0   0.0
6. 2X.XX.XX.XX                            0.0%     10    1.7   7.2   1.6  34.9  13.6
7. 1XX.1XX.XX.X                             0.0%     10    5.2   5.2   5.1   5.2   0.0
8. 2XX.XX.XX.XX                             0.0%     10    5.3   5.2   5.1   5.3   0.1
9. 173.194.200.105                          100.0%   10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0

在该示例中，数据包在目标地址出现了100%的丢包。从数据上看是数据包没有到达，其实很有可能是目标服务器相关安全策略（比如防火墙、iptables 等）禁用了ICMP所致，导致目的主机无法发送任何应答。所以，该场景需要排查目标服务器的安全策略配置。

 

场景二：ICMP限速

示例数据如下。

[root@mycentos6 ~]# mtr --no-dns www.google.com
My traceroute  [v0.75]
mycentos6.6 (0.0.0.0)                         Wed Jun 15 19:06:29 2016
Keys:  Help   Display mode                    Packets               Pings 
Host                                        Loss%   Snt   Last   Avg  Best  Wrst StDev 
1. 63.247.X.X               			 0.0%    10    0.3   0.6   0.3   1.2   0.3
2. 63.247.X.XX                 		 0.0%    10    0.4   1.0   0.4   6.1   1.8
3. 209.51.130.213              		 0.0%    10    0.8   2.7   0.8  19.0   5.7
4. aix.pr1.atl.google.com        	        0.0%    10    6.7   6.8   6.7   6.9   0.1
5. 72.14.233.56                 		 60.0%    10   27.2  25.3  23.1  26.4   2.9
6. 209.85.254.247                		 0.0%    10   39.1  39.4  39.1  39.7   0.2
7. 64.233.174.46                 		 0.0%    10   39.6  40.4  39.4  46.9   2.3
8. gw-in-f147.1e100.net          		 0.0%    10   39.6  40.5  39.5  46.7   2.2

在该示例中，在第5跳出现了明显的丢包，但后续节点均未见异常。所以推断是该节点ICMP限速所致。该场景对最终客户端到目标服务器的数据传输不会有影响，所以，分析的时候可以忽略。

 

场景三：环路

示例数据如下。

[root@mycentos6 ~]# mtr —no-dns www.google.com
My traceroute  [v0.75]
mycentos6.6 (0.0.0.0)                         Wed Jun 15 19:06:29 2016
Keys:  Help   Display mode                    Packets               Pings 
Host                                        Loss%   Snt   Last   Avg  Best  Wrst StDev 
1. 63.247.7X.X                  		 0.0%    10    0.3   0.6   0.3   1.2   0.3
2. 63.247.6X.X                 		 0.0%    10    0.4   1.0   0.4   6.1   1.8
3. 209.51.130.213                		 0.0%    10    0.8   2.7   0.8  19.0   5.7
4. aix.pr1.atl.google.com        		 0.0%    10    6.7   6.8   6.7   6.9   0.1
5. 72.14.233.56                  		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
6. 72.14.233.57                  		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
7. 72.14.233.56                  		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
8. 72.14.233.57                  		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
9 ???                            		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0

在该示例中，数据包在第5跳之后出现了循环跳转，导致最终无法到达目标服务器。这通常是由于运营商相关节点路由配置异常所致。所以，该场景需要联系相应节点归属运营商处理。

 

场景四：链路中断

示例数据如下。

[root@mycentos6 ~]# mtr —no-dns www.google.com
My traceroute  [v0.75]
mycentos6.6 (0.0.0.0)                         Wed Jun 15 19:06:29 2016
Keys:  Help   Display mode                    Packets               Pings 
Host                                        Loss%   Snt   Last   Avg  Best  Wrst StDev 
1. 63.247.7X.X                  		 0.0%    10    0.3   0.6   0.3   1.2   0.3
2. 63.247.6X.X                 		 0.0%    10    0.4   1.0   0.4   6.1   1.8
3. 209.51.130.213                		 0.0%    10    0.8   2.7   0.8  19.0   5.7
4. aix.pr1.atl.google.com        		 0.0%    10    6.7   6.8   6.7   6.9   0.1
5. ???                           		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
6. ???                           		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
7. ???                           		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
8. ???                           		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0
9 ???                            		 0.0%    10    0.0   0.0   0.0   0.0   0.0

在该示例中，数据包在第4跳之后就无法收到任何反馈。这通常是由于相应节点中断所致。建议结合反向链路测试做进一步确认。该场景需要联系相应节点归属运营商处理。

 

链路测试步骤

通常情况下，链路测试步骤如下图所示。

云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法插图4

相关步骤的详情说明如下。

 

步骤一：获取本地网络对应的公网IP

在客户端本地网络内访问如下链接，获取本地网络对应的公网IP地址。
http://ip.taobao.com/
系统显示类似如下。

云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法插图5

 

步骤二：正向链路测试（ping和mtr）

从客户端向目标服务器做如下测试。

  • 从客户端向目标服务器域名或IP做持续的ping测试，建议至少ping 100个数据包，记录测试结果。
  • 根据客户端操作系统的不同，使用WinMTR或mtr，设置测试目的地址为目标服务器域名或IP，然后进行链路测试，记录测试结果。

 

步骤三：反向链路测试（ping和mtr）

进入目标服务器系统内部做如下测试。

  • 从目标服务器向步骤一获取的客户端IP做持续的ping测试，建议至少ping 100个数据包，记录测试结果。
  • 根据目标服务器操作系统的不同，使用WinMTR或mtr，设置测试目的地址为客户端的IP地址，然后进行链路测试，记录测试结果。

 

步骤四：测试结果分析

参阅测试结果的简要分析，对测试结果进行分析。确认异常节点后，访问如下链接或其他可以查询IP归属地的网站，获取该异常节点的归属运营商信息。如果是客户端本地网络相关节点出现异常，则需要对本地网络进行相应排查分析。如果是运营商相关节点出现异常，则需要向运营商反馈问题。
http://ip.taobao.com/
查询结果类似如下。
云服务器使用ping命令丢包或不通时的链路测试方法插图6

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