Packetdrill的简明使用手册

1. Packetdrill 编译与安装

1. 源码链接 https://github.com/google/packetdrill.git
2. 源码编译 注释netdev.c

/* Set the offload flags to be like a typical ethernet device */
static void set_device_offload_flags(struct local_netdev *netdev)
{
#ifdef linux
// const u32 offload =
//   TUN_F_CSUM | TUN_F_TSO4 | TUN_F_TSO6 | TUN_F_TSO_ECN | TUN_F_UFO;
// if (ioctl(netdev->tun_fd, TUNSETOFFLOAD, offload) != 0)
//   die_perror("TUNSETOFFLOAD");
#endif
}

./configure && make

使用方法

./packetdrill test.pkt

test.pkt为按Packetdrill语法编写的测试脚本。

成功：无输出，表示脚本正确，一切都符合预期。

失败：指出脚本的错误地方，以及原因。

2. Packetdrill 执行自带测试用例

1. 开启tcpdump -i any tcp port 8080抓包便于分析
2. 这里测试快速重传，测试环境centos7.2。
3. 简单说明< 表示输入，packetdrill会构造一个真实的数据包。>表示预期协议栈会响应的数据包。（这个包不是由packetdrill构造的，而是由协议栈发出的。）

// Test fast retransmit with 4 packets outstanding, receiver sending SACKs.
// In this variant the receiver supports SACK.
// Establish a connection.
0  socket(..., SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP) = 3
+0 setsockopt(3, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, [1], 4) = 0
+0 bind(3, ..., ...) = 0
+0 listen(3, 1) = 0
//三次握手
+0 < S 0:0(0) win 32792 <mss 1000,sackOK,nop,nop,nop,wscale 7>
+0 > S. 0:0(0) ack 1 <...>
+.1 < . 1:1(0) ack 1 win 257
+0 accept(3, ..., ...) = 4
//系统调用，让协议栈发出100个字节
// Send 1 data segment and get an ACK, so cwnd is now 4.
+0 write(4, ..., 1000) = 1000
//预期协议栈会发出psh,ack，实际上发出了ack1
//+0 > P. 1:1001(1000) ack 2
//向协议栈注入 ack
+.1 < . 1:1(0) ack 1001 win 257
// Write 4 data segments.
//系统调用，让协议栈发出4000个字节
+0 write(4, ..., 4000) = 4000
//预期协议栈会发出psh，ack，实际上发出了seq 1001:2001, ack 1；seq 2001:3001, ack 1；seq 3001:4001, ack 1；[P.], seq 4001:5001, ack 1
//+0 > P. 1001:5001(4000) ack 1
// Get 3 SACKs.
//向协议栈连续发出三个ack
+.1 < . 1:1(0) ack 1001 win 257 <sack 2001:3001,nop,nop>
+0 < . 1:1(0) ack 1001 win 257 <sack 2001:4001,nop,nop>
+0 < . 1:1(0) ack 1001 win 257 <sack 2001:5001,nop,nop>
// We've received 3 duplicate ACKs, so we do a fast retransmit.
//预期协议栈会发出一次快速重传 Seq 1001：2001，ack 1
//+0 > . 1001:2001(1000) ack 1
// Receiver ACKs all data.
//向协议栈ack，响应所有报文的ack。
+.1 < . 1:1(0) ack 6001 win 257
4. 将fr-4pkt-sack-linux.pkt 中的修改如下。
+0 > P. 1:1001(1000) ack 2    +0 > P. 1:1001(1000) ack 1
//+0 > P. 1001:5001(4000) ack 1 
+0 > . 1001:2001(1000) ack 1
+0 > . 2001:3001(1000) ack 1
+0 > . 3001:4001(1000) ack 1
+0 > P. 4001:5001(1000) ack 1

[注解：如果执行packetdrill自带的用例出错，一般是协议栈发出的包没有达到预期的包，先将预期>那部分干掉，然后再执行测试用例，然后通过抓包分析预期结果。通常是因为三次握手mss 的限制]

1. 执行： ../../../packetdrill fr-4pkt-sack-linux.pkt，无出错。
2. 抓包可以看到一下结果：三次重复ack，则实施快速重传。达到预期效果。

// 自己构造包实现三次重复的ack 1001.
07:57:36.469280 IP 192.0.2.1.36840 > TENCENT64.site.webcache: Flags [.], ack 1001, win 257, options [sack 1 {2001:3001},nop,nop], length 0
07:57:36.469836 IP 192.0.2.1.36840 > TENCENT64.site.webcache: Flags [.], ack 1001, win 257, options [sack 1 {2001:4001},nop,nop], length 0
07:57:36.470349 IP 192.0.2.1.36840 > TENCENT64.site.webcache: Flags [.], ack 1001, win 257, options [sack 1 {2001:5001},nop,nop], length 0
// 协议栈发起快速重传。Seq 1001：2001，ack 1,1000
07:57:36.470376 IP TENCENT64.site.webcache > 192.0.2.1.36840: Flags [.], seq 1001:2001, ack 1, win 229, length 1000

3. Packetdrill 解读自带测试用例说明

这里主要说明packetdrill的基本语法。

脚本中可以包含四种语句：数据包、系统调用、shell命令、python语句。
每条语句都必须以时间戳开头，指明它的执行时间。

• Packets

数据包分为：输入的数据包、输出的数据包，格式类似于tcpdump的，
支持TCP、UDP、ICMP，以及TCP的大部分选项。

输入数据包(<表示输入)：packetdrill会构造一个真实的数据包，然后注入协议栈。

例子：

0.100 < S 0:0(0) win 32792 <mss 1000, nop, nop, sackOK, nop, wscale 7>
0.250 < [1:1461(1460)] icmp unreachable frag_needed mtu 1200

输出数据包(>表示输出)：packetdrill会检查协议栈是不是真的发出了这样一个包。

+0 > udp (1472)

• System Calls

系统调用的格式类似于strace。
对于每个系统调用，packetdrill会在指定的时间给予执行，并检查返回值是否和预期的一样。系统调用的主要是应用于场景构造，已经非测试端的数据发送和接收。

常见的系统调用例子：
系统调用

connect(3, ..., ...) = -1 EINPROGRESS (Operation now in progress)  //客户端连接服务器
getsockopt(3, SOL_SOCKET, SO_ERROR, [0], [4]) = 0  //获取scoketopt
fcntl(3, F_SETFL, O_RDWR) = 0  //Fcntl设置
ioctl(4, SIOCINQ, [1000]) = 0  //Ioctl设置
read(3, ..., 1024) = 785  //读取数据
write(3, ..., 57) = 57 //写入数据
close(3) = 0  //关闭连接
socket(..., SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP) = 3  //Tcp socket
setsockopt(3, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, [1], 4) = 0 //设置地址复用
bind(3, ..., ...) = 0  //绑定端口
listen(3, 1) = 0  //监听端口
accept(3, ..., ...) = 4 //接受连接

• shell脚本用法

常见用法是用shell脚本设置内核参数或者调用shell命令统计tcp信息。设置

例子：

+0 `sysctl -q net.ipv4.tcp_timestamps=0`
+0 `ss -4 -n state SYN-RECV | grep 192.168.0.1:8080 > /dev/null`

• python脚本的用法

常见用法是使用python的assert断言tcp_info的里面的信息，是否符合预期。

例子：

0.310 %{
assert tcpi_reordering == 3
assert tcpi_unacked == 10
assert tcpi_sacked == 6
assert tcpi_ca_state == TCP_CA_Recovery
}%

• 时间戳

每条语句都必须以时间戳开头，指明它的执行时间，或者预期事件的发生时间。测试case有可能是timing的问题导致测试case无法通过。

时间戳可以使用多种格式：

Absolute（绝对时间）：0.75
Relative（相对时间)：+0.2
Wildcard（任意时间)：*
Range（绝对时间区间)：0.750~0.900
Relative Range（相对时间区间）：+0.1~+0.2
Loose（允许误差值）：--tolerance_usecs=800
Blocking（阻塞时间区间）：0.750...0.900

如果在规定的时间戳，对应的事件并没有发生就会报错，并告知该事件的实际发生时间。

+1.0 > S. 0:0(0) ack 1 <mss 1460,nop,nop,sackOK,nop,wscale 6>

预期在1s以后TCP应该发送一个SYNACK包。

在实际的使用中，一般指定–tolerance_usecs=405000，也就是允许4ms的时间误差。

4. Packetdrill 实现基本场景构造测试

场景的场景构造是客户端场景或者是服务器场景。具体包怎么构造，具体看packetdrill的自带的测试用例。

1.服务端场景

构造服务器端场景：数据包输入端是客户端。数据包输出端是系统调用，充当服务端。

// Establish a connection.
0.000 socket(..., SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP) = 3
0.000 setsockopt(3, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, [1], 4) = 0
0.000 bind(3, ..., ...) = 0
0.000 listen(3, 1) = 0
0.000...0.200 accept(3, ..., ...) = 4
0.100 < S 0:0(0) win 32792 <mss 1000,nop,wscale 7>
0.100 > S. 0:0(0) ack 1 <mss 1460,nop,wscale 6>
0.200 < . 1:1(0) ack 1 win 257
//服务器端调用系统调用，预期发出2段数据包。
0.300 write(4, ..., 2000) = 2000
//0.300 > P. 1:2001(2000) ack 1
0.300 > . 1:1001(1000) ack 1
0.300 > P. 1001:2001(1000) ack 1

1.客户端场景构造

构造服务器端场景：数据包输入端是服务端。数据包输出端是系统调用,充当客户端。

// Create a socket and set it to non-blocking.
0.000 socket(..., SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP) = 3
0.000 fcntl(3, F_GETFL) = 0x2 (flags O_RDWR)
0.000 fcntl(3, F_SETFL, O_RDWR|O_NONBLOCK) = 0
// Establish connection and verify that there was no error.
0.100 connect(3, ..., ...) = -1 EINPROGRESS (Operation now in progress)
0.100 > S 0:0(0) <mss 1460,sackOK,TS val 100 ecr 0,nop,wscale 6>
0.200 < S. 0:0(0) ack 1 win 5792 <mss 1460,sackOK,TS val 700 ecr 100,nop,wscale 7>
0.200 > . 1:1(0) ack 1 <nop,nop,TS val 200 ecr 700>
//客户端调用系统调用，预期发出http请求。
// Send the HTTP request.
0.200 write(3, ..., 57) = 57
0.200 > P. 1:58(57) ack 1 <nop,nop,TS val 200 ecr 700>
0.300 < . 1:1(0) ack 58 win 92 <nop,nop,TS val 800 ecr 200>

总结

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