Wireshark TS | 应用传输缓慢问题

问题背景

沿用之前文章的开头说明，应用传输慢是一种比较常见的问题，慢在哪，为什么慢，有时候光从网络数据包分析方面很难回答的一清二楚，毕竟不同的技术方向专业性太强，全栈大佬只能仰望，而我们能做到的是在专注于自身的专业方向之外，尽量扩展知识面，学会找出问题的规律，并提出可能的解决建议。

本篇案例是一个应用开发团队提出的“缓慢”问题，分别在发送和接收端抓取了相关数据包，“SendSideFinal.pcap” 以及 “RcvSideFinal.pcap”，实际上部分场景下的数据包分析确实需要在多点捕获，包括发送端或者接收端，甚至于中间路径的多个节点，这样更有助于网络问题分析。

案例取自 SharkFest 2010《Wireshark in the Large Enterprise》

问题信息

跟踪文件基本信息如下：

λ capinfos SendSideFinal.pcap RcvSideFinal.pcap
File name:           SendSideFinal.pcap
File type:           Wireshark/tcpdump/... - pcap
File encapsulation:  Ethernet
File timestamp precision:  microseconds (6)
Packet size limit:   file hdr: 65535 bytes
Packet size limit:   inferred: 70 bytes
Number of packets:   220
File size:           18 kB
Data size:           46 kB
Capture duration:    95.639823 seconds
First packet time:   2009-09-11 05:24:51.255133
Last packet time:    2009-09-11 05:26:26.894956
Data byte rate:      485 bytes/s
Data bit rate:       3885 bits/s
Average packet size: 211.14 bytes
Average packet rate: 2 packets/s
SHA256:              104aeea149181060e3d3c744bb9ea4aea13c0be832e92e0852abf173df253f77
RIPEMD160:           3d5d768f175a949e818c9f1160688c8854234b59
SHA1:                1e117af53e4bbdd9b0cb3636117374a191c4ebf3
Strict time order:   True
Number of interfaces in file: 1
Interface #0 info:
                     Encapsulation = Ethernet (1 - ether)
                     Capture length = 65535
                     Time precision = microseconds (6)
                     Time ticks per second = 1000000
                     Number of stat entries = 0
                     Number of packets = 220

File name:           RcvSideFinal.pcap
File type:           Wireshark/tcpdump/... - pcap
File encapsulation:  Ethernet
File timestamp precision:  microseconds (6)
Packet size limit:   file hdr: 65535 bytes
Packet size limit:   inferred: 70 bytes
Number of packets:   213
File size:           18 kB
Data size:           45 kB
Capture duration:    91.744055 seconds
First packet time:   2009-09-11 05:24:55.248731
Last packet time:    2009-09-11 05:26:26.992786
Data byte rate:      492 bytes/s
Data bit rate:       3936 bits/s
Average packet size: 211.94 bytes
Average packet rate: 2 packets/s
SHA256:              15731bbc644d0e2c1a304ef955ec62052d7fae377d3d8a420fc566e5be819404
RIPEMD160:           d28207f0689fb74106d4d206c94cd305dd30cb2a
SHA1:                bf129e7e359676a3d2cb496a8fa7169344356c7d
Strict time order:   True
Number of interfaces in file: 1
Interface #0 info:
                     Encapsulation = Ethernet (1 - ether)
                     Capture length = 65535
                     Time precision = microseconds (6)
                     Time ticks per second = 1000000
                     Number of stat entries = 0
                     Number of packets = 213

数据包跟踪文件在 linux 上通过 tcpdump 所捕获，两端数据包数量分别为 220 和 213 个，长度截断为 70 字节。发送端文件数据大小 46k 字节，捕获时长 95.64 秒，平均速率 3885 bps，而接收端文件数据大小 45k 字节，捕获时长 91.74 秒，平均速率 3936 bps，总体来说两端信息基本匹配，确实速率很低。

专家信息如下，可以看到异常的简洁，没有 Warning 相关信息，可见传输缓慢的问题并不是常见的丢包导致重传所引起。

问题分析

首先从发送端 “SendSideFinal.pcap” 跟踪文件开始，展开数据包信息如下，可以看到数据包文件缺失 TCP 三次握手阶段的数据包，仅有数据传输 PSH/ACK 相关，最后以 RST 数据包结束。

其中 TCP 会话完整性分析中 tcp.completeness == 44 也说明了相关情况，44 = 4 + 8 + 32，其中 4 为 ACK，8 为 DATA，32 为 RST。

TCP 会话完整性分析说明详见《 Wieshark 提示和技巧 | TCP 会话完整性分析》

另从上面数据包交互来看，两端实际都有数据分段在传输，如果不是数据包文件的名字 “SendSideFinal.pcap” 以及 “RcvSideFinal.pcap”，也确实不好辨别哪个是发送端，哪个是接收端。从我个人的角度来说，定义出哪个是客户端，哪个是服务器端，以及两个文件的捕获点，可能会更加简单些。

首先因为是 TCP 传输，所以 TCP 端口 60301 和 7609 一般就可以分辨出，客户端 10.10.10.10，服务器 192.168.1.1。

其次如何判断这两个数据包跟踪文件分别是在哪里捕获的呢 ？可以通过两个字段值分析，一个 TTL，一个 ACK 间隔时间。

• “SendSideFinal.pcap” 中 192.168.1.1 TTL 为 64，64 一般为 linux 系统的默认值，逐跳减 1 ，既然为 64，说明捕获点是在本地或是靠近本地侧（譬如上连接入交换机上），也就是在 192.168.1.1 ；

• “SendSideFinal.pcap” 中 ACK 间隔时间，ACK 对于数据分段的确认，譬如 No.5 确认 No.4 ，以及 No.2 确认 No.1，No.11 确认 No.10，间隔时间都极短，0.1-0.2ms，相对于中间网络传输的时间很小，而如果反过来判断，很多数据包交互时间都无法说通，所以也可判断捕获点是在本地或是靠近本地侧，也就是 192.168.1.1。

也有同学也会注意 No.7 以及 No.9 的间隔时间，为什么同样是 192.168.1.1 也是 ACK，而不考虑在内？首先简单来说，就是上面提到的，如果反过来判断，现象不匹配；其次细想下，No.7 只是发送端发送数据间隔的时间，譬如像浏览网页，停顿几秒再去点击一次的间隔，综合判断下来的结论就是 “SendSideFinal.pcap” 是在服务器端 192.168.1.1 所捕获，而 “RcvSideFinal.pcap” 是在客户端 10.10.10.10 所捕获。而剩下来的一个 No.9 ，不同于绝大部分的正常传输规律，那么它就真的是属于有问题的那一个了。

“SendSideFinal.pcap” 中数据交互规律如下图，总结一番：

• 服务器端 192.168.1.1，连续发送三次 Length 为 179 的数据帧后，再发送一个 Length 为162 的数据帧后，最后一个 ACK；（第一组未抓全）
• 客户端 10.10.10.10，发送一次 Length 为 152 的数据帧后发送一个 ACK，连续三次后 ，再发送一个 Length 为 189 的数据帧；
• 汇总以上，以客户端 10.10.10.10 发起，Length 为 152、179、66 的一组数据帧，连续交互三次后， 再以服务器端 192.168.1.1 所发起的 Length 162、189、66 的一组数据帧做为结束。（当然由于未捕获到最起初的数据包，此一组数据帧也可能为起始）

找到 “SendSideFinal.pcap” 数据包传输的规律后，同时再结合“RcvSideFinal.pcap”对比分析，就比较容易识别出缓慢的问题所在，慢在哪。

• 通过数据包的 ip.id 字段，可以找到两个数据包跟踪文件中的数据包对应关系，如下；
• 左图 No.7 请求和 No.8 响应间隔 200ms，一部分来自于 RTT，一部分来自于响应，具体是多少？通过右图对比，可以得知响应时长极短，不到 1ms，而 RTT 近乎 200ms；此后服务器端 192.168.1.1 No.9 带来第一个慢的地方，ACK 的时长为 106ms，初步判断可能是延迟确认的时间，略长。

以下仍以之前总结的数据交互规律，说明如下：

• 以客户端 10.10.10.10 发起，Length 为 152、179、66 的一组数据帧，连续交互三次后， 再以服务器端 192.168.1.1 所发起的 Length 162、189、66 的一组数据帧做为结束；
• 右图客户端 No.4 发起第一组 Length 为 152 的数据帧，经 RTT 后得到了服务器端 No.5 的 ACK 确认，但同样 No.6 约有 100ms 的 ACK 确认间隔，初步判断可能是延迟确认的时间，同样略长；
• 之后第二组 Length 为 152 的 No.7 数据帧，就带来一次很大的间隔发送延迟，约 1.91s，之后同样有一个约 109ms 的 ACK 确认间隔；
• 之后第三组 Length 为 152 的 No.10 数据帧，就又带来一次很大的间隔发送延迟，约 1.90s，之后同样有一个约 105ms 的 ACK 确认间隔；
• 左图服务器端 No.19 最后发起 Length 为 162 的数据帧，经 RTT 后客户端收到后立马响应带有数据分段的数据帧，最后服务器端 No.21 约有 92ms 的 ACK 确认间隔。

问题总结

总结两个数据包跟踪文件的数据包交互规律以及时间分析，应用缓慢的问题主要出现在客户端 10.10.10.10 的数据请求阶段，每一次间隔基本都在 1.9s 左右，相对于如此大的延迟时间，两端基本都存在的延迟确认 100ms 左右的时间几乎都可以忽略不计了。