使用 Linux traceroute 命令排查网络连接问题
您可以使用 Linux traceroute 命令来检测网络数据包在传输过程中遇到的瓶颈，并帮助您解决网络连接缓慢的问题。接下来，我们将详细介绍如何使用这个工具。
traceroute 的工作原理
理解 traceroute 的工作原理有助于您更好地解读其结果。网络数据包到达目的地需要经过的路由越复杂，就越难确定速度减慢的具体位置。例如，小型组织的 局域网 (LAN) 结构可能相对简单，通常包含至少一台服务器和几个路由器。而广域网 (WAN) 的复杂性则更高，因为它涉及不同位置之间的通信，或者通过互联网进行通信。这意味着您的网络数据包在传输过程中会遇到许多硬件设备，如路由器和网关，这些设备负责转发和路由数据。
每个数据包都包含一个元数据头部，其中描述了数据包的长度、来源、目的地以及使用的协议等信息。协议的规范定义了这些头部的结构。通过识别协议，您可以确定头部中每个字段的起始和结束位置，并读取其中的元数据。
traceroute 利用 TCP/IP 协议套件，并发送 用户数据报协议 (UDP) 数据包。数据包头部包含一个名为 生存时间 (TTL) 的字段，该字段的值为一个 8 位整数。尽管其名称暗示时间，但实际上它表示的是计数，而非持续时间。
数据包从其源地址通过路由器传输到目的地。每当数据包到达一个路由器时，TTL 计数器就会递减。如果 TTL 值降至 1，路由器会将其减 1 并发现 TTL 值变为 0。此时，数据包会被丢弃，不会转发到下一跳，因为它已“超时”。
路由器会向数据包的来源发送一条 互联网控制消息协议 (ICMP) 超时消息，通知发送方数据包已超时。此消息包含原始数据包的头部以及原始数据包数据的前 64 位。这些信息在 RFC 792 的第六页中进行了定义。
因此，当 traceroute 发送一个 TTL 值为 1 的数据包时，该数据包仅能到达第一个路由器，然后被丢弃。路由器会返回 ICMP 超时消息，traceroute 可以记录往返时间。
traceroute 随后会将 TTL 值设置为 2，重复上述过程，数据包会在两跳后超时。接着，traceroute 将 TTL 值增加到 3，再次尝试。此过程会重复进行，直到到达目的地或达到最大跳数限制（默认为 30）。
某些路由器可能存在问题
某些路由器可能存在错误，它们会尝试转发 TTL 值为零的数据包，而不是丢弃它们并发送 ICMP 超时消息。
根据 思科 的说法，一些互联网服务提供商 (ISP) 会对其路由器中继的 ICMP 消息数量进行速率限制。
有些设备被配置为从不发送 ICMP 数据包，这通常是为了防止设备在不知不觉中被卷入 分布式拒绝服务攻击，例如“蓝精灵攻击”。
traceroute 的默认响应超时时间为 5 秒。如果在 5 秒内没有收到响应，则会放弃尝试。这意味着来自非常慢的路由器的响应可能会被忽略。
安装 traceroute
traceroute 在 Fedora 31 中已预先安装，但在 Manjaro 18.1 和 Ubuntu 18.04 上需要手动安装。要在 Manjaro 上安装 traceroute，请使用以下命令：
sudo pacman -Sy traceroute
要在 Ubuntu 上安装 traceroute，请使用以下命令：
sudo apt-get install traceroute
使用 traceroute
如前所述，traceroute 的目的是引发从您的计算机到目的地的每一跳的路由器的响应。有些路由器可能会保持沉默，而另一些则会提供详细的信息。
例如，我们将运行一个跟踪路由到爱尔兰 布拉尼城堡 网站，它是著名的 布拉尼之石的所在地。传说亲吻布拉尼之石会得到“口才的恩赐”。我们希望沿途遇到的路由器能够提供足够的响应。
我们输入以下命令：
traceroute www.blarneycastle.ie
第一行提供了以下信息：
目的地及其 IP 地址。traceroute 在放弃之前尝试的最大跃点数。
我们发送的 UDP 数据包的大小。
后续行包含了有关每个跃点的信息。在深入研究细节之前，我们可以看到我们的计算机和布拉尼城堡网站之间有 11 个跃点。11 跳也表示我们已成功到达目的地。
每一跳的格式如下：
设备的名称（如果设备可以识别自身，否则为 IP 地址）。
IP 地址。
三次测试中每次的往返时间。星号表示该次测试没有响应。如果设备完全没有响应，您将看到三个星号，并且没有设备名称或 IP 地址。
让我们回顾一下我们得到的内容：
跳 1：第一个停靠点是本地网络上的 DrayTek Vigor 路由器。这是我们的 UDP 数据包离开本地网络并进入互联网的入口点。
跳 2：此设备没有响应。这可能是因为它被配置为不发送 ICMP 数据包，或者可能响应速度太慢，导致 traceroute 超时。
跳 3：设备响应了，但我们只得到了它的 IP 地址，没有设备名称。请注意，此行中有一个星号，表示我们没有收到所有三次请求的响应。这可能表明存在数据包丢失。
跳 4 和 5：更多匿名跳跃点。
跳 6：此跳提供了大量文本，因为不同的远程设备处理了我们的三个 UDP 请求中的每一个。输出了每个设备的（相当长的）名称和 IP 地址。当您遇到“拥挤”的网络时，可能会发生这种情况，该网络上有大量的硬件来处理大量的流量。此跃点位于英国最大的 ISP 之一的网络内。因此，如果同一个远程硬件处理我们所有的三个连接请求，那才是一个小奇迹。
跳 7：这是我们的 UDP 数据包离开 ISP 网络时的跳跃点。
跳 8：同样，我们只得到了 IP 地址，没有设备名称。所有的三次测试都成功返回。
跳 9 和 10：另外两个匿名跳跃点。
跳 11：我们已经到达了布拉尼城堡网站。虽然这座城堡位于爱尔兰科克，但根据IP 地址地理位置，该网站位于伦敦。
总的来说，这是一个混合的结果。有些设备提供了回应，有些回应但没有透露名称，还有一些则完全匿名。
尽管如此，我们确实到达了目的地，并且知道它有 11 个跃点，往返时间在 13.773 到 14.715 毫秒之间。
隐藏设备名称
如我们所见，设备名称有时会导致输出信息混乱。为了更方便地查看数据，您可以使用 -n（不进行映射）选项。
在我们的示例中，要实现此操作，我们需要输入以下内容：
traceroute -n blarneycastle.ie
这样可以更容易地定位可能指示瓶颈的往返时间数值。
跳 3 开始看起来有些可疑。上次它只响应了两次，而这次只响应了一次。在这种情况下，我们当然无法控制它。
但是，如果您正在调查公司的网络，那么深入调查该节点是值得的。
设置 traceroute 超时值
如果我们延长默认的超时时间（5 秒），或许会得到更多的响应。为此，我们将使用 -w（等待时间）选项将其更改为 7 秒。（请注意，这是一个浮点数。）
我们输入以下命令：
traceroute -w 7.0 blarneycastle.ie
这并没有产生太大的差异，因此响应可能确实超时了。匿名跳跃点很可能是故意保持隐私的。
设置测试次数
默认情况下，traceroute 会向每个跳跃点发送三个 UDP 数据包。我们可以使用 -q（查询次数）选项来增加或减少此值。
为了加快 traceroute 测试速度，我们输入以下内容以将我们发送的 UDP 探测数据包的数量减少到一个：
traceroute -q 1 blarneycastle.ie
这会向每个跃点发送一个探测。
设置初始 TTL 值
我们可以将初始 TTL 值设置为 1 以外的值，从而跳过一些跃点。通常，第一组测试的 TTL 值设置为 1，下一组设置为 2，以此类推。如果我们将其设置为 5，则第一个测试将尝试跳到第 5 跳，跳过第 1 到第 4 跳。
因为我们知道布拉尼城堡网站距离这台计算机有 11 个跃点，所以我们输入以下内容以直接进入第 11 个跃点：
traceroute -f 11 blarneycastle.ie
这将为我们提供一份简洁的关于与目的地连接状态的报告。
考虑周到
traceroute 是一款用于调查网络路由、检查连接速度和识别瓶颈的优秀工具。Windows 系统也有一个类似功能的 tracert 命令。
然而，您不应该使用大量的 UDP 数据包轰炸未知的设备，并且应该谨慎在脚本或无人值守作业中包含 traceroute。
网络上的负载跟踪路由可能会对网络的性能产生不利影响。除非您需要立即进行修复，否则您可能希望在正常工作时间之外使用它。