Documentation/networking/snmp_counter.rst

   1 ===========
   2 SNMP counter
   3 ===========
   4
   5 This document explains the meaning of SNMP counters.
   6
   7 General IPv4 counters
   8 ====================
   9 All layer 4 packets and ICMP packets will change these counters, but
  10 these counters won't be changed by layer 2 packets (such as STP) or
  11 ARP packets.
  12
  13 * IpInReceives
  14 Defined in `RFC1213 ipInReceives`_
  15
  16 .. _RFC1213 ipInReceives: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-26
  17
  18 The number of packets received by the IP layer. It gets increasing at the
  19 beginning of ip_rcv function, always be updated together with
  20 IpExtInOctets. It will be increased even if the packet is dropped
  21 later (e.g. due to the IP header is invalid or the checksum is wrong
  22 and so on).  It indicates the number of aggregated segments after
  23 GRO/LRO.
  24
  25 * IpInDelivers
  26 Defined in `RFC1213 ipInDelivers`_
  27
  28 .. _RFC1213 ipInDelivers: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-28
  29
  30 The number of packets delivers to the upper layer protocols. E.g. TCP, UDP,
  31 ICMP and so on. If no one listens on a raw socket, only kernel
  32 supported protocols will be delivered, if someone listens on the raw
  33 socket, all valid IP packets will be delivered.
  34
  35 * IpOutRequests
  36 Defined in `RFC1213 ipOutRequests`_
  37
  38 .. _RFC1213 ipOutRequests: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-28
  39
  40 The number of packets sent via IP layer, for both single cast and
  41 multicast packets, and would always be updated together with
  42 IpExtOutOctets.
  43
  44 * IpExtInOctets and IpExtOutOctets
  45 They are Linux kernel extensions, no RFC definitions. Please note,
  46 RFC1213 indeed defines ifInOctets  and ifOutOctets, but they
  47 are different things. The ifInOctets and ifOutOctets include the MAC
  48 layer header size but IpExtInOctets and IpExtOutOctets don't, they
  49 only include the IP layer header and the IP layer data.
  50
  51 * IpExtInNoECTPkts, IpExtInECT1Pkts, IpExtInECT0Pkts, IpExtInCEPkts
  52 They indicate the number of four kinds of ECN IP packets, please refer
  53 `Explicit Congestion Notification`_ for more details.
  54
  55 .. _Explicit Congestion Notification: https://tools.ietf.org/html/rfc3168#page-6
  56
  57 These 4 counters calculate how many packets received per ECN
  58 status. They count the real frame number regardless the LRO/GRO. So
  59 for the same packet, you might find that IpInReceives count 1, but
  60 IpExtInNoECTPkts counts 2 or more.
  61
  62 * IpInHdrErrors
  63 Defined in `RFC1213 ipInHdrErrors`_. It indicates the packet is
  64 dropped due to the IP header error. It might happen in both IP input
  65 and IP forward paths.
  66
  67 .. _RFC1213 ipInHdrErrors: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-27
  68
  69 * IpInAddrErrors
  70 Defined in `RFC1213 ipInAddrErrors`_. It will be increased in two
  71 scenarios: (1) The IP address is invalid. (2) The destination IP
  72 address is not a local address and IP forwarding is not enabled
  73
  74 .. _RFC1213 ipInAddrErrors: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-27
  75
  76 * IpExtInNoRoutes
  77 This counter means the packet is dropped when the IP stack receives a
  78 packet and can't find a route for it from the route table. It might
  79 happen when IP forwarding is enabled and the destination IP address is
  80 not a local address and there is no route for the destination IP
  81 address.
  82
  83 * IpInUnknownProtos
  84 Defined in `RFC1213 ipInUnknownProtos`_. It will be increased if the
  85 layer 4 protocol is unsupported by kernel. If an application is using
  86 raw socket, kernel will always deliver the packet to the raw socket
  87 and this counter won't be increased.
  88
  89 .. _RFC1213 ipInUnknownProtos: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-27
  90
  91 * IpExtInTruncatedPkts
  92 For IPv4 packet, it means the actual data size is smaller than the
  93 "Total Length" field in the IPv4 header.
  94
  95 * IpInDiscards
  96 Defined in `RFC1213 ipInDiscards`_. It indicates the packet is dropped
  97 in the IP receiving path and due to kernel internal reasons (e.g. no
  98 enough memory).
  99
 100 .. _RFC1213 ipInDiscards: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-28
 101
 102 * IpOutDiscards
 103 Defined in `RFC1213 ipOutDiscards`_. It indicates the packet is
 104 dropped in the IP sending path and due to kernel internal reasons.
 105
 106 .. _RFC1213 ipOutDiscards: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-28
 107
 108 * IpOutNoRoutes
 109 Defined in `RFC1213 ipOutNoRoutes`_. It indicates the packet is
 110 dropped in the IP sending path and no route is found for it.
 111
 112 .. _RFC1213 ipOutNoRoutes: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-29
 113
 114 ICMP counters
 115 ============
 116 * IcmpInMsgs and IcmpOutMsgs
 117 Defined by `RFC1213 icmpInMsgs`_ and `RFC1213 icmpOutMsgs`_
 118
 119 .. _RFC1213 icmpInMsgs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-41
 120 .. _RFC1213 icmpOutMsgs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-43
 121
 122 As mentioned in the RFC1213, these two counters include errors, they
 123 would be increased even if the ICMP packet has an invalid type. The
 124 ICMP output path will check the header of a raw socket, so the
 125 IcmpOutMsgs would still be updated if the IP header is constructed by
 126 a userspace program.
 127
 128 * ICMP named types
 129 | These counters include most of common ICMP types, they are:
 130 | IcmpInDestUnreachs: `RFC1213 icmpInDestUnreachs`_
 131 | IcmpInTimeExcds: `RFC1213 icmpInTimeExcds`_
 132 | IcmpInParmProbs: `RFC1213 icmpInParmProbs`_
 133 | IcmpInSrcQuenchs: `RFC1213 icmpInSrcQuenchs`_
 134 | IcmpInRedirects: `RFC1213 icmpInRedirects`_
 135 | IcmpInEchos: `RFC1213 icmpInEchos`_
 136 | IcmpInEchoReps: `RFC1213 icmpInEchoReps`_
 137 | IcmpInTimestamps: `RFC1213 icmpInTimestamps`_
 138 | IcmpInTimestampReps: `RFC1213 icmpInTimestampReps`_
 139 | IcmpInAddrMasks: `RFC1213 icmpInAddrMasks`_
 140 | IcmpInAddrMaskReps: `RFC1213 icmpInAddrMaskReps`_
 141 | IcmpOutDestUnreachs: `RFC1213 icmpOutDestUnreachs`_
 142 | IcmpOutTimeExcds: `RFC1213 icmpOutTimeExcds`_
 143 | IcmpOutParmProbs: `RFC1213 icmpOutParmProbs`_
 144 | IcmpOutSrcQuenchs: `RFC1213 icmpOutSrcQuenchs`_
 145 | IcmpOutRedirects: `RFC1213 icmpOutRedirects`_
 146 | IcmpOutEchos: `RFC1213 icmpOutEchos`_
 147 | IcmpOutEchoReps: `RFC1213 icmpOutEchoReps`_
 148 | IcmpOutTimestamps: `RFC1213 icmpOutTimestamps`_
 149 | IcmpOutTimestampReps: `RFC1213 icmpOutTimestampReps`_
 150 | IcmpOutAddrMasks: `RFC1213 icmpOutAddrMasks`_
 151 | IcmpOutAddrMaskReps: `RFC1213 icmpOutAddrMaskReps`_
 152
 153 .. _RFC1213 icmpInDestUnreachs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-41
 154 .. _RFC1213 icmpInTimeExcds: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-41
 155 .. _RFC1213 icmpInParmProbs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-42
 156 .. _RFC1213 icmpInSrcQuenchs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-42
 157 .. _RFC1213 icmpInRedirects: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-42
 158 .. _RFC1213 icmpInEchos: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-42
 159 .. _RFC1213 icmpInEchoReps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-42
 160 .. _RFC1213 icmpInTimestamps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-42
 161 .. _RFC1213 icmpInTimestampReps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-43
 162 .. _RFC1213 icmpInAddrMasks: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-43
 163 .. _RFC1213 icmpInAddrMaskReps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-43
 164
 165 .. _RFC1213 icmpOutDestUnreachs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-44
 166 .. _RFC1213 icmpOutTimeExcds: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-44
 167 .. _RFC1213 icmpOutParmProbs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-44
 168 .. _RFC1213 icmpOutSrcQuenchs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-44
 169 .. _RFC1213 icmpOutRedirects: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-44
 170 .. _RFC1213 icmpOutEchos: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-45
 171 .. _RFC1213 icmpOutEchoReps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-45
 172 .. _RFC1213 icmpOutTimestamps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-45
 173 .. _RFC1213 icmpOutTimestampReps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-45
 174 .. _RFC1213 icmpOutAddrMasks: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-45
 175 .. _RFC1213 icmpOutAddrMaskReps: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-46
 176
 177 Every ICMP type has two counters: 'In' and 'Out'. E.g., for the ICMP
 178 Echo packet, they are IcmpInEchos and IcmpOutEchos. Their meanings are
 179 straightforward. The 'In' counter means kernel receives such a packet
 180 and the 'Out' counter means kernel sends such a packet.
 181
 182 * ICMP numeric types
 183 They are IcmpMsgInType[N] and IcmpMsgOutType[N], the [N] indicates the
 184 ICMP type number. These counters track all kinds of ICMP packets. The
 185 ICMP type number definition could be found in the `ICMP parameters`_
 186 document.
 187
 188 .. _ICMP parameters: https://www.iana.org/assignments/icmp-parameters/icmp-parameters.xhtml
 189
 190 For example, if the Linux kernel sends an ICMP Echo packet, the
 191 IcmpMsgOutType8 would increase 1. And if kernel gets an ICMP Echo Reply
 192 packet, IcmpMsgInType0 would increase 1.
 193
 194 * IcmpInCsumErrors
 195 This counter indicates the checksum of the ICMP packet is
 196 wrong. Kernel verifies the checksum after updating the IcmpInMsgs and
 197 before updating IcmpMsgInType[N]. If a packet has bad checksum, the
 198 IcmpInMsgs would be updated but none of IcmpMsgInType[N] would be updated.
 199
 200 * IcmpInErrors and IcmpOutErrors
 201 Defined by `RFC1213 icmpInErrors`_ and `RFC1213 icmpOutErrors`_
 202
 203 .. _RFC1213 icmpInErrors: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-41
 204 .. _RFC1213 icmpOutErrors: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-43
 205
 206 When an error occurs in the ICMP packet handler path, these two
 207 counters would be updated. The receiving packet path use IcmpInErrors
 208 and the sending packet path use IcmpOutErrors. When IcmpInCsumErrors
 209 is increased, IcmpInErrors would always be increased too.
 210
 211 relationship of the ICMP counters
 212 -------------------------------
 213 The sum of IcmpMsgOutType[N] is always equal to IcmpOutMsgs, as they
 214 are updated at the same time. The sum of IcmpMsgInType[N] plus
 215 IcmpInErrors should be equal or larger than IcmpInMsgs. When kernel
 216 receives an ICMP packet, kernel follows below logic:
 217
 218 1. increase IcmpInMsgs
 219 2. if has any error, update IcmpInErrors and finish the process
 220 3. update IcmpMsgOutType[N]
 221 4. handle the packet depending on the type, if has any error, update
 222    IcmpInErrors and finish the process
 223
 224 So if all errors occur in step (2), IcmpInMsgs should be equal to the
 225 sum of IcmpMsgOutType[N] plus IcmpInErrors. If all errors occur in
 226 step (4), IcmpInMsgs should be equal to the sum of
 227 IcmpMsgOutType[N]. If the errors occur in both step (2) and step (4),
 228 IcmpInMsgs should be less than the sum of IcmpMsgOutType[N] plus
 229 IcmpInErrors.
 230
 231 General TCP counters
 232 ==================
 233 * TcpInSegs
 234 Defined in `RFC1213 tcpInSegs`_
 235
 236 .. _RFC1213 tcpInSegs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-48
 237
 238 The number of packets received by the TCP layer. As mentioned in
 239 RFC1213, it includes the packets received in error, such as checksum
 240 error, invalid TCP header and so on. Only one error won't be included:
 241 if the layer 2 destination address is not the NIC's layer 2
 242 address. It might happen if the packet is a multicast or broadcast
 243 packet, or the NIC is in promiscuous mode. In these situations, the
 244 packets would be delivered to the TCP layer, but the TCP layer will discard
 245 these packets before increasing TcpInSegs. The TcpInSegs counter
 246 isn't aware of GRO. So if two packets are merged by GRO, the TcpInSegs
 247 counter would only increase 1.
 248
 249 * TcpOutSegs
 250 Defined in `RFC1213 tcpOutSegs`_
 251
 252 .. _RFC1213 tcpOutSegs: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-48
 253
 254 The number of packets sent by the TCP layer. As mentioned in RFC1213,
 255 it excludes the retransmitted packets. But it includes the SYN, ACK
 256 and RST packets. Doesn't like TcpInSegs, the TcpOutSegs is aware of
 257 GSO, so if a packet would be split to 2 by GSO, TcpOutSegs will
 258 increase 2.
 259
 260 * TcpActiveOpens
 261 Defined in `RFC1213 tcpActiveOpens`_
 262
 263 .. _RFC1213 tcpActiveOpens: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-47
 264
 265 It means the TCP layer sends a SYN, and come into the SYN-SENT
 266 state. Every time TcpActiveOpens increases 1, TcpOutSegs should always
 267 increase 1.
 268
 269 * TcpPassiveOpens
 270 Defined in `RFC1213 tcpPassiveOpens`_
 271
 272 .. _RFC1213 tcpPassiveOpens: https://tools.ietf.org/html/rfc1213#page-47
 273
 274 It means the TCP layer receives a SYN, replies a SYN+ACK, come into
 275 the SYN-RCVD state.
 276
 277 * TcpExtTCPRcvCoalesce
 278 When packets are received by the TCP layer and are not be read by the
 279 application, the TCP layer will try to merge them. This counter
 280 indicate how many packets are merged in such situation. If GRO is
 281 enabled, lots of packets would be merged by GRO, these packets
 282 wouldn't be counted to TcpExtTCPRcvCoalesce.
 283
 284 * TcpExtTCPAutoCorking
 285 When sending packets, the TCP layer will try to merge small packets to
 286 a bigger one. This counter increase 1 for every packet merged in such
 287 situation. Please refer to the LWN article for more details:
 288 https://lwn.net/Articles/576263/
 289
 290 * TcpExtTCPOrigDataSent
 291 This counter is explained by `kernel commit f19c29e3e391`_, I pasted the
 292 explaination below::
 293
 294   TCPOrigDataSent: number of outgoing packets with original data (excluding
 295   retransmission but including data-in-SYN). This counter is different from
 296   TcpOutSegs because TcpOutSegs also tracks pure ACKs. TCPOrigDataSent is
 297   more useful to track the TCP retransmission rate.
 298
 299 * TCPSynRetrans
 300 This counter is explained by `kernel commit f19c29e3e391`_, I pasted the
 301 explaination below::
 302
 303   TCPSynRetrans: number of SYN and SYN/ACK retransmits to break down
 304   retransmissions into SYN, fast-retransmits, timeout retransmits, etc.
 305
 306 * TCPFastOpenActiveFail
 307 This counter is explained by `kernel commit f19c29e3e391`_, I pasted the
 308 explaination below::
 309
 310   TCPFastOpenActiveFail: Fast Open attempts (SYN/data) failed because
 311   the remote does not accept it or the attempts timed out.
 312
 313 .. _kernel commit f19c29e3e391: https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=f19c29e3e391a66a273e9afebaf01917245148cd
 314
 315 * TcpExtListenOverflows and TcpExtListenDrops
 316 When kernel receives a SYN from a client, and if the TCP accept queue
 317 is full, kernel will drop the SYN and add 1 to TcpExtListenOverflows.
 318 At the same time kernel will also add 1 to TcpExtListenDrops. When a
 319 TCP socket is in LISTEN state, and kernel need to drop a packet,
 320 kernel would always add 1 to TcpExtListenDrops. So increase
 321 TcpExtListenOverflows would let TcpExtListenDrops increasing at the
 322 same time, but TcpExtListenDrops would also increase without
 323 TcpExtListenOverflows increasing, e.g. a memory allocation fail would
 324 also let TcpExtListenDrops increase.
 325
 326 Note: The above explanation is based on kernel 4.10 or above version, on
 327 an old kernel, the TCP stack has different behavior when TCP accept
 328 queue is full. On the old kernel, TCP stack won't drop the SYN, it
 329 would complete the 3-way handshake. As the accept queue is full, TCP
 330 stack will keep the socket in the TCP half-open queue. As it is in the
 331 half open queue, TCP stack will send SYN+ACK on an exponential backoff
 332 timer, after client replies ACK, TCP stack checks whether the accept
 333 queue is still full, if it is not full, moves the socket to the accept
 334 queue, if it is full, keeps the socket in the half-open queue, at next
 335 time client replies ACK, this socket will get another chance to move
 336 to the accept queue.
 337
 338
 339 TCP Fast Open
 340 ============
 341 When kernel receives a TCP packet, it has two paths to handler the
 342 packet, one is fast path, another is slow path. The comment in kernel
 343 code provides a good explanation of them, I pasted them below::
 344
 345   It is split into a fast path and a slow path. The fast path is
 346   disabled when:
 347
 348   - A zero window was announced from us
 349   - zero window probing
 350     is only handled properly on the slow path.
 351   - Out of order segments arrived.
 352   - Urgent data is expected.
 353   - There is no buffer space left
 354   - Unexpected TCP flags/window values/header lengths are received
 355     (detected by checking the TCP header against pred_flags)
 356   - Data is sent in both directions. The fast path only supports pure senders
 357     or pure receivers (this means either the sequence number or the ack
 358     value must stay constant)
 359   - Unexpected TCP option.
 360
 361 Kernel will try to use fast path unless any of the above conditions
 362 are satisfied. If the packets are out of order, kernel will handle
 363 them in slow path, which means the performance might be not very
 364 good. Kernel would also come into slow path if the "Delayed ack" is
 365 used, because when using "Delayed ack", the data is sent in both
 366 directions. When the TCP window scale option is not used, kernel will
 367 try to enable fast path immediately when the connection comes into the
 368 established state, but if the TCP window scale option is used, kernel
 369 will disable the fast path at first, and try to enable it after kernel
 370 receives packets.
 371
 372 * TcpExtTCPPureAcks and TcpExtTCPHPAcks
 373 If a packet set ACK flag and has no data, it is a pure ACK packet, if
 374 kernel handles it in the fast path, TcpExtTCPHPAcks will increase 1,
 375 if kernel handles it in the slow path, TcpExtTCPPureAcks will
 376 increase 1.
 377
 378 * TcpExtTCPHPHits
 379 If a TCP packet has data (which means it is not a pure ACK packet),
 380 and this packet is handled in the fast path, TcpExtTCPHPHits will
 381 increase 1.
 382
 383
 384 TCP abort
 385 ========
 386
 387
 388 * TcpExtTCPAbortOnData
 389 It means TCP layer has data in flight, but need to close the
 390 connection. So TCP layer sends a RST to the other side, indicate the
 391 connection is not closed very graceful. An easy way to increase this
 392 counter is using the SO_LINGER option. Please refer to the SO_LINGER
 393 section of the `socket man page`_:
 394
 395 .. _socket man page: http://man7.org/linux/man-pages/man7/socket.7.html
 396
 397 By default, when an application closes a connection, the close function
 398 will return immediately and kernel will try to send the in-flight data
 399 async. If you use the SO_LINGER option, set l_onoff to 1, and l_linger
 400 to a positive number, the close function won't return immediately, but
 401 wait for the in-flight data are acked by the other side, the max wait
 402 time is l_linger seconds. If set l_onoff to 1 and set l_linger to 0,
 403 when the application closes a connection, kernel will send a RST
 404 immediately and increase the TcpExtTCPAbortOnData counter.
 405
 406 * TcpExtTCPAbortOnClose
 407 This counter means the application has unread data in the TCP layer when
 408 the application wants to close the TCP connection. In such a situation,
 409 kernel will send a RST to the other side of the TCP connection.
 410
 411 * TcpExtTCPAbortOnMemory
 412 When an application closes a TCP connection, kernel still need to track
 413 the connection, let it complete the TCP disconnect process. E.g. an
 414 app calls the close method of a socket, kernel sends fin to the other
 415 side of the connection, then the app has no relationship with the
 416 socket any more, but kernel need to keep the socket, this socket
 417 becomes an orphan socket, kernel waits for the reply of the other side,
 418 and would come to the TIME_WAIT state finally. When kernel has no
 419 enough memory to keep the orphan socket, kernel would send an RST to
 420 the other side, and delete the socket, in such situation, kernel will
 421 increase 1 to the TcpExtTCPAbortOnMemory. Two conditions would trigger
 422 TcpExtTCPAbortOnMemory:
 423
 424 1. the memory used by the TCP protocol is higher than the third value of
 425 the tcp_mem. Please refer the tcp_mem section in the `TCP man page`_:
 426
 427 .. _TCP man page: http://man7.org/linux/man-pages/man7/tcp.7.html
 428
 429 2. the orphan socket count is higher than net.ipv4.tcp_max_orphans
 430
 431
 432 * TcpExtTCPAbortOnTimeout
 433 This counter will increase when any of the TCP timers expire. In such
 434 situation, kernel won't send RST, just give up the connection.
 435
 436 * TcpExtTCPAbortOnLinger
 437 When a TCP connection comes into FIN_WAIT_2 state, instead of waiting
 438 for the fin packet from the other side, kernel could send a RST and
 439 delete the socket immediately. This is not the default behavior of
 440 Linux kernel TCP stack. By configuring the TCP_LINGER2 socket option,
 441 you could let kernel follow this behavior.
 442
 443 * TcpExtTCPAbortFailed
 444 The kernel TCP layer will send RST if the `RFC2525 2.17 section`_ is
 445 satisfied. If an internal error occurs during this process,
 446 TcpExtTCPAbortFailed will be increased.
 447
 448 .. _RFC2525 2.17 section: https://tools.ietf.org/html/rfc2525#page-50
 449
 450 TCP Hybrid Slow Start
 451 ====================
 452 The Hybrid Slow Start algorithm is an enhancement of the traditional
 453 TCP congestion window Slow Start algorithm. It uses two pieces of
 454 information to detect whether the max bandwidth of the TCP path is
 455 approached. The two pieces of information are ACK train length and
 456 increase in packet delay. For detail information, please refer the
 457 `Hybrid Slow Start paper`_. Either ACK train length or packet delay
 458 hits a specific threshold, the congestion control algorithm will come
 459 into the Congestion Avoidance state. Until v4.20, two congestion
 460 control algorithms are using Hybrid Slow Start, they are cubic (the
 461 default congestion control algorithm) and cdg. Four snmp counters
 462 relate with the Hybrid Slow Start algorithm.
 463
 464 .. _Hybrid Slow Start paper: https://pdfs.semanticscholar.org/25e9/ef3f03315782c7f1cbcd31b587857adae7d1.pdf
 465
 466 * TcpExtTCPHystartTrainDetect
 467 How many times the ACK train length threshold is detected
 468
 469 * TcpExtTCPHystartTrainCwnd
 470 The sum of CWND detected by ACK train length. Dividing this value by
 471 TcpExtTCPHystartTrainDetect is the average CWND which detected by the
 472 ACK train length.
 473
 474 * TcpExtTCPHystartDelayDetect
 475 How many times the packet delay threshold is detected.
 476
 477 * TcpExtTCPHystartDelayCwnd
 478 The sum of CWND detected by packet delay. Dividing this value by
 479 TcpExtTCPHystartDelayDetect is the average CWND which detected by the
 480 packet delay.
 481
 482 TCP retransmission and congestion control
 483 ======================================
 484 The TCP protocol has two retransmission mechanisms: SACK and fast
 485 recovery. They are exclusive with each other. When SACK is enabled,
 486 the kernel TCP stack would use SACK, or kernel would use fast
 487 recovery. The SACK is a TCP option, which is defined in `RFC2018`_,
 488 the fast recovery is defined in `RFC6582`_, which is also called
 489 'Reno'.
 490
 491 The TCP congestion control is a big and complex topic. To understand
 492 the related snmp counter, we need to know the states of the congestion
 493 control state machine. There are 5 states: Open, Disorder, CWR,
 494 Recovery and Loss. For details about these states, please refer page 5
 495 and page 6 of this document:
 496 https://pdfs.semanticscholar.org/0e9c/968d09ab2e53e24c4dca5b2d67c7f7140f8e.pdf
 497
 498 .. _RFC2018: https://tools.ietf.org/html/rfc2018
 499 .. _RFC6582: https://tools.ietf.org/html/rfc6582
 500
 501 * TcpExtTCPRenoRecovery and TcpExtTCPSackRecovery
 502 When the congestion control comes into Recovery state, if sack is
 503 used, TcpExtTCPSackRecovery increases 1, if sack is not used,
 504 TcpExtTCPRenoRecovery increases 1. These two counters mean the TCP
 505 stack begins to retransmit the lost packets.
 506
 507 * TcpExtTCPSACKReneging
 508 A packet was acknowledged by SACK, but the receiver has dropped this
 509 packet, so the sender needs to retransmit this packet. In this
 510 situation, the sender adds 1 to TcpExtTCPSACKReneging. A receiver
 511 could drop a packet which has been acknowledged by SACK, although it is
 512 unusual, it is allowed by the TCP protocol. The sender doesn't really
 513 know what happened on the receiver side. The sender just waits until
 514 the RTO expires for this packet, then the sender assumes this packet
 515 has been dropped by the receiver.
 516
 517 * TcpExtTCPRenoReorder
 518 The reorder packet is detected by fast recovery. It would only be used
 519 if SACK is disabled. The fast recovery algorithm detects recorder by
 520 the duplicate ACK number. E.g., if retransmission is triggered, and
 521 the original retransmitted packet is not lost, it is just out of
 522 order, the receiver would acknowledge multiple times, one for the
 523 retransmitted packet, another for the arriving of the original out of
 524 order packet. Thus the sender would find more ACks than its
 525 expectation, and the sender knows out of order occurs.
 526
 527 * TcpExtTCPTSReorder
 528 The reorder packet is detected when a hole is filled. E.g., assume the
 529 sender sends packet 1,2,3,4,5, and the receiving order is
 530 1,2,4,5,3. When the sender receives the ACK of packet 3 (which will
 531 fill the hole), two conditions will let TcpExtTCPTSReorder increase
 532 1: (1) if the packet 3 is not re-retransmitted yet. (2) if the packet
 533 3 is retransmitted but the timestamp of the packet 3's ACK is earlier
 534 than the retransmission timestamp.
 535
 536 * TcpExtTCPSACKReorder
 537 The reorder packet detected by SACK. The SACK has two methods to
 538 detect reorder: (1) DSACK is received by the sender. It means the
 539 sender sends the same packet more than one times. And the only reason
 540 is the sender believes an out of order packet is lost so it sends the
 541 packet again. (2) Assume packet 1,2,3,4,5 are sent by the sender, and
 542 the sender has received SACKs for packet 2 and 5, now the sender
 543 receives SACK for packet 4 and the sender doesn't retransmit the
 544 packet yet, the sender would know packet 4 is out of order. The TCP
 545 stack of kernel will increase TcpExtTCPSACKReorder for both of the
 546 above scenarios.
 547
 548
 549 DSACK
 550 =====
 551 The DSACK is defined in `RFC2883`_. The receiver uses DSACK to report
 552 duplicate packets to the sender. There are two kinds of
 553 duplications: (1) a packet which has been acknowledged is
 554 duplicate. (2) an out of order packet is duplicate. The TCP stack
 555 counts these two kinds of duplications on both receiver side and
 556 sender side.
 557
 558 .. _RFC2883 : https://tools.ietf.org/html/rfc2883
 559
 560 * TcpExtTCPDSACKOldSent
 561 The TCP stack receives a duplicate packet which has been acked, so it
 562 sends a DSACK to the sender.
 563
 564 * TcpExtTCPDSACKOfoSent
 565 The TCP stack receives an out of order duplicate packet, so it sends a
 566 DSACK to the sender.
 567
 568 * TcpExtTCPDSACKRecv
 569 The TCP stack receives a DSACK, which indicate an acknowledged
 570 duplicate packet is received.
 571
 572 * TcpExtTCPDSACKOfoRecv
 573 The TCP stack receives a DSACK, which indicate an out of order
 574 duplciate packet is received.
 575
 576 examples
 577 =======
 578
 579 ping test
 580 --------
 581 Run the ping command against the public dns server 8.8.8.8::
 582
 583   nstatuser@nstat-a:~$ ping 8.8.8.8 -c 1
 584   PING 8.8.8.8 (8.8.8.8) 56(84) bytes of data.
 585   64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=1 ttl=119 time=17.8 ms
 586
 587   --- 8.8.8.8 ping statistics ---
 588   1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
 589   rtt min/avg/max/mdev = 17.875/17.875/17.875/0.000 ms
 590
 591 The nstayt result::
 592
 593   nstatuser@nstat-a:~$ nstat
 594   #kernel
 595   IpInReceives                    1                  0.0
 596   IpInDelivers                    1                  0.0
 597   IpOutRequests                   1                  0.0
 598   IcmpInMsgs                      1                  0.0
 599   IcmpInEchoReps                  1                  0.0
 600   IcmpOutMsgs                     1                  0.0
 601   IcmpOutEchos                    1                  0.0
 602   IcmpMsgInType0                  1                  0.0
 603   IcmpMsgOutType8                 1                  0.0
 604   IpExtInOctets                   84                 0.0
 605   IpExtOutOctets                  84                 0.0
 606   IpExtInNoECTPkts                1                  0.0
 607
 608 The Linux server sent an ICMP Echo packet, so IpOutRequests,
 609 IcmpOutMsgs, IcmpOutEchos and IcmpMsgOutType8 were increased 1. The
 610 server got ICMP Echo Reply from 8.8.8.8, so IpInReceives, IcmpInMsgs,
 611 IcmpInEchoReps and IcmpMsgInType0 were increased 1. The ICMP Echo Reply
 612 was passed to the ICMP layer via IP layer, so IpInDelivers was
 613 increased 1. The default ping data size is 48, so an ICMP Echo packet
 614 and its corresponding Echo Reply packet are constructed by:
 615
 616 * 14 bytes MAC header
 617 * 20 bytes IP header
 618 * 16 bytes ICMP header
 619 * 48 bytes data (default value of the ping command)
 620
 621 So the IpExtInOctets and IpExtOutOctets are 20+16+48=84.
 622
 623 tcp 3-way handshake
 624 ------------------
 625 On server side, we run::
 626
 627   nstatuser@nstat-b:~$ nc -lknv 0.0.0.0 9000
 628   Listening on [0.0.0.0] (family 0, port 9000)
 629
 630 On client side, we run::
 631
 632   nstatuser@nstat-a:~$ nc -nv 192.168.122.251 9000
 633   Connection to 192.168.122.251 9000 port [tcp/*] succeeded!
 634
 635 The server listened on tcp 9000 port, the client connected to it, they
 636 completed the 3-way handshake.
 637
 638 On server side, we can find below nstat output::
 639
 640   nstatuser@nstat-b:~$ nstat | grep -i tcp
 641   TcpPassiveOpens                 1                  0.0
 642   TcpInSegs                       2                  0.0
 643   TcpOutSegs                      1                  0.0
 644   TcpExtTCPPureAcks               1                  0.0
 645
 646 On client side, we can find below nstat output::
 647
 648   nstatuser@nstat-a:~$ nstat | grep -i tcp
 649   TcpActiveOpens                  1                  0.0
 650   TcpInSegs                       1                  0.0
 651   TcpOutSegs                      2                  0.0
 652
 653 When the server received the first SYN, it replied a SYN+ACK, and came into
 654 SYN-RCVD state, so TcpPassiveOpens increased 1. The server received
 655 SYN, sent SYN+ACK, received ACK, so server sent 1 packet, received 2
 656 packets, TcpInSegs increased 2, TcpOutSegs increased 1. The last ACK
 657 of the 3-way handshake is a pure ACK without data, so
 658 TcpExtTCPPureAcks increased 1.
 659
 660 When the client sent SYN, the client came into the SYN-SENT state, so
 661 TcpActiveOpens increased 1, the client sent SYN, received SYN+ACK, sent
 662 ACK, so client sent 2 packets, received 1 packet, TcpInSegs increased
 663 1, TcpOutSegs increased 2.
 664
 665 TCP normal traffic
 666 -----------------
 667 Run nc on server::
 668
 669   nstatuser@nstat-b:~$ nc -lkv 0.0.0.0 9000
 670   Listening on [0.0.0.0] (family 0, port 9000)
 671
 672 Run nc on client::
 673
 674   nstatuser@nstat-a:~$ nc -v nstat-b 9000
 675   Connection to nstat-b 9000 port [tcp/*] succeeded!
 676
 677 Input a string in the nc client ('hello' in our example)::
 678
 679   nstatuser@nstat-a:~$ nc -v nstat-b 9000
 680   Connection to nstat-b 9000 port [tcp/*] succeeded!
 681   hello
 682
 683 The client side nstat output::
 684
 685   nstatuser@nstat-a:~$ nstat
 686   #kernel
 687   IpInReceives                    1                  0.0
 688   IpInDelivers                    1                  0.0
 689   IpOutRequests                   1                  0.0
 690   TcpInSegs                       1                  0.0
 691   TcpOutSegs                      1                  0.0
 692   TcpExtTCPPureAcks               1                  0.0
 693   TcpExtTCPOrigDataSent           1                  0.0
 694   IpExtInOctets                   52                 0.0
 695   IpExtOutOctets                  58                 0.0
 696   IpExtInNoECTPkts                1                  0.0
 697
 698 The server side nstat output::
 699
 700   nstatuser@nstat-b:~$ nstat
 701   #kernel
 702   IpInReceives                    1                  0.0
 703   IpInDelivers                    1                  0.0
 704   IpOutRequests                   1                  0.0
 705   TcpInSegs                       1                  0.0
 706   TcpOutSegs                      1                  0.0
 707   IpExtInOctets                   58                 0.0
 708   IpExtOutOctets                  52                 0.0
 709   IpExtInNoECTPkts                1                  0.0
 710
 711 Input a string in nc client side again ('world' in our exmaple)::
 712
 713   nstatuser@nstat-a:~$ nc -v nstat-b 9000
 714   Connection to nstat-b 9000 port [tcp/*] succeeded!
 715   hello
 716   world
 717
 718 Client side nstat output::
 719
 720   nstatuser@nstat-a:~$ nstat
 721   #kernel
 722   IpInReceives                    1                  0.0
 723   IpInDelivers                    1                  0.0
 724   IpOutRequests                   1                  0.0
 725   TcpInSegs                       1                  0.0
 726   TcpOutSegs                      1                  0.0
 727   TcpExtTCPHPAcks                 1                  0.0
 728   TcpExtTCPOrigDataSent           1                  0.0
 729   IpExtInOctets                   52                 0.0
 730   IpExtOutOctets                  58                 0.0
 731   IpExtInNoECTPkts                1                  0.0
 732
 733
 734 Server side nstat output::
 735
 736   nstatuser@nstat-b:~$ nstat
 737   #kernel
 738   IpInReceives                    1                  0.0
 739   IpInDelivers                    1                  0.0
 740   IpOutRequests                   1                  0.0
 741   TcpInSegs                       1                  0.0
 742   TcpOutSegs                      1                  0.0
 743   TcpExtTCPHPHits                 1                  0.0
 744   IpExtInOctets                   58                 0.0
 745   IpExtOutOctets                  52                 0.0
 746   IpExtInNoECTPkts                1                  0.0
 747
 748 Compare the first client-side nstat and the second client-side nstat,
 749 we could find one difference: the first one had a 'TcpExtTCPPureAcks',
 750 but the second one had a 'TcpExtTCPHPAcks'. The first server-side
 751 nstat and the second server-side nstat had a difference too: the
 752 second server-side nstat had a TcpExtTCPHPHits, but the first
 753 server-side nstat didn't have it. The network traffic patterns were
 754 exactly the same: the client sent a packet to the server, the server
 755 replied an ACK. But kernel handled them in different ways. When the
 756 TCP window scale option is not used, kernel will try to enable fast
 757 path immediately when the connection comes into the established state,
 758 but if the TCP window scale option is used, kernel will disable the
 759 fast path at first, and try to enable it after kerenl receives
 760 packets. We could use the 'ss' command to verify whether the window
 761 scale option is used. e.g. run below command on either server or
 762 client::
 763
 764   nstatuser@nstat-a:~$ ss -o state established -i '( dport = :9000 or sport = :9000 )
 765   Netid    Recv-Q     Send-Q            Local Address:Port             Peer Address:Port
 766   tcp      0          0               192.168.122.250:40654         192.168.122.251:9000
 767              ts sack cubic wscale:7,7 rto:204 rtt:0.98/0.49 mss:1448 pmtu:1500 rcvmss:536 advmss:1448 cwnd:10 bytes_acked:1 segs_out:2 segs_in:1 send 118.2Mbps lastsnd:46572 lastrcv:46572 lastack:46572 pacing_rate 236.4Mbps rcv_space:29200 rcv_ssthresh:29200 minrtt:0.98
 768
 769 The 'wscale:7,7' means both server and client set the window scale
 770 option to 7. Now we could explain the nstat output in our test:
 771
 772 In the first nstat output of client side, the client sent a packet, server
 773 reply an ACK, when kernel handled this ACK, the fast path was not
 774 enabled, so the ACK was counted into 'TcpExtTCPPureAcks'.
 775
 776 In the second nstat output of client side, the client sent a packet again,
 777 and received another ACK from the server, in this time, the fast path is
 778 enabled, and the ACK was qualified for fast path, so it was handled by
 779 the fast path, so this ACK was counted into TcpExtTCPHPAcks.
 780
 781 In the first nstat output of server side, fast path was not enabled,
 782 so there was no 'TcpExtTCPHPHits'.
 783
 784 In the second nstat output of server side, the fast path was enabled,
 785 and the packet received from client qualified for fast path, so it
 786 was counted into 'TcpExtTCPHPHits'.
 787
 788 TcpExtTCPAbortOnClose
 789 --------------------
 790 On the server side, we run below python script::
 791
 792   import socket
 793   import time
 794
 795   port = 9000
 796
 797   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 798   s.bind(('0.0.0.0', port))
 799   s.listen(1)
 800   sock, addr = s.accept()
 801   while True:
 802       time.sleep(9999999)
 803
 804 This python script listen on 9000 port, but doesn't read anything from
 805 the connection.
 806
 807 On the client side, we send the string "hello" by nc::
 808
 809   nstatuser@nstat-a:~$ echo "hello" | nc nstat-b 9000
 810
 811 Then, we come back to the server side, the server has received the "hello"
 812 packet, and the TCP layer has acked this packet, but the application didn't
 813 read it yet. We type Ctrl-C to terminate the server script. Then we
 814 could find TcpExtTCPAbortOnClose increased 1 on the server side::
 815
 816   nstatuser@nstat-b:~$ nstat | grep -i abort
 817   TcpExtTCPAbortOnClose           1                  0.0
 818
 819 If we run tcpdump on the server side, we could find the server sent a
 820 RST after we type Ctrl-C.
 821
 822 TcpExtTCPAbortOnMemory and TcpExtTCPAbortOnTimeout
 823 -----------------------------------------------
 824 Below is an example which let the orphan socket count be higher than
 825 net.ipv4.tcp_max_orphans.
 826 Change tcp_max_orphans to a smaller value on client::
 827
 828   sudo bash -c "echo 10 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_orphans"
 829
 830 Client code (create 64 connection to server)::
 831
 832   nstatuser@nstat-a:~$ cat client_orphan.py
 833   import socket
 834   import time
 835
 836   server = 'nstat-b' # server address
 837   port = 9000
 838
 839   count = 64
 840
 841   connection_list = []
 842
 843   for i in range(64):
 844       s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 845       s.connect((server, port))
 846       connection_list.append(s)
 847       print("connection_count: %d" % len(connection_list))
 848
 849   while True:
 850       time.sleep(99999)
 851
 852 Server code (accept 64 connection from client)::
 853
 854   nstatuser@nstat-b:~$ cat server_orphan.py
 855   import socket
 856   import time
 857
 858   port = 9000
 859   count = 64
 860
 861   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 862   s.bind(('0.0.0.0', port))
 863   s.listen(count)
 864   connection_list = []
 865   while True:
 866       sock, addr = s.accept()
 867       connection_list.append((sock, addr))
 868       print("connection_count: %d" % len(connection_list))
 869
 870 Run the python scripts on server and client.
 871
 872 On server::
 873
 874   python3 server_orphan.py
 875
 876 On client::
 877
 878   python3 client_orphan.py
 879
 880 Run iptables on server::
 881
 882   sudo iptables -A INPUT -i ens3 -p tcp --destination-port 9000 -j DROP
 883
 884 Type Ctrl-C on client, stop client_orphan.py.
 885
 886 Check TcpExtTCPAbortOnMemory on client::
 887
 888   nstatuser@nstat-a:~$ nstat | grep -i abort
 889   TcpExtTCPAbortOnMemory          54                 0.0
 890
 891 Check orphane socket count on client::
 892
 893   nstatuser@nstat-a:~$ ss -s
 894   Total: 131 (kernel 0)
 895   TCP:   14 (estab 1, closed 0, orphaned 10, synrecv 0, timewait 0/0), ports 0
 896
 897   Transport Total     IP        IPv6
 898   *         0         -         -
 899   RAW       1         0         1
 900   UDP       1         1         0
 901   TCP       14        13        1
 902   INET      16        14        2
 903   FRAG      0         0         0
 904
 905 The explanation of the test: after run server_orphan.py and
 906 client_orphan.py, we set up 64 connections between server and
 907 client. Run the iptables command, the server will drop all packets from
 908 the client, type Ctrl-C on client_orphan.py, the system of the client
 909 would try to close these connections, and before they are closed
 910 gracefully, these connections became orphan sockets. As the iptables
 911 of the server blocked packets from the client, the server won't receive fin
 912 from the client, so all connection on clients would be stuck on FIN_WAIT_1
 913 stage, so they will keep as orphan sockets until timeout. We have echo
 914 10 to /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_orphans, so the client system would
 915 only keep 10 orphan sockets, for all other orphan sockets, the client
 916 system sent RST for them and delete them. We have 64 connections, so
 917 the 'ss -s' command shows the system has 10 orphan sockets, and the
 918 value of TcpExtTCPAbortOnMemory was 54.
 919
 920 An additional explanation about orphan socket count: You could find the
 921 exactly orphan socket count by the 'ss -s' command, but when kernel
 922 decide whither increases TcpExtTCPAbortOnMemory and sends RST, kernel
 923 doesn't always check the exactly orphan socket count. For increasing
 924 performance, kernel checks an approximate count firstly, if the
 925 approximate count is more than tcp_max_orphans, kernel checks the
 926 exact count again. So if the approximate count is less than
 927 tcp_max_orphans, but exactly count is more than tcp_max_orphans, you
 928 would find TcpExtTCPAbortOnMemory is not increased at all. If
 929 tcp_max_orphans is large enough, it won't occur, but if you decrease
 930 tcp_max_orphans to a small value like our test, you might find this
 931 issue. So in our test, the client set up 64 connections although the
 932 tcp_max_orphans is 10. If the client only set up 11 connections, we
 933 can't find the change of TcpExtTCPAbortOnMemory.
 934
 935 Continue the previous test, we wait for several minutes. Because of the
 936 iptables on the server blocked the traffic, the server wouldn't receive
 937 fin, and all the client's orphan sockets would timeout on the
 938 FIN_WAIT_1 state finally. So we wait for a few minutes, we could find
 939 10 timeout on the client::
 940
 941   nstatuser@nstat-a:~$ nstat | grep -i abort
 942   TcpExtTCPAbortOnTimeout         10                 0.0
 943
 944 TcpExtTCPAbortOnLinger
 945 ---------------------
 946 The server side code::
 947
 948   nstatuser@nstat-b:~$ cat server_linger.py
 949   import socket
 950   import time
 951
 952   port = 9000
 953
 954   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 955   s.bind(('0.0.0.0', port))
 956   s.listen(1)
 957   sock, addr = s.accept()
 958   while True:
 959       time.sleep(9999999)
 960
 961 The client side code::
 962
 963   nstatuser@nstat-a:~$ cat client_linger.py
 964   import socket
 965   import struct
 966
 967   server = 'nstat-b' # server address
 968   port = 9000
 969
 970   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 971   s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_LINGER, struct.pack('ii', 1, 10))
 972   s.setsockopt(socket.SOL_TCP, socket.TCP_LINGER2, struct.pack('i', -1))
 973   s.connect((server, port))
 974   s.close()
 975
 976 Run server_linger.py on server::
 977
 978   nstatuser@nstat-b:~$ python3 server_linger.py
 979
 980 Run client_linger.py on client::
 981
 982   nstatuser@nstat-a:~$ python3 client_linger.py
 983
 984 After run client_linger.py, check the output of nstat::
 985
 986   nstatuser@nstat-a:~$ nstat | grep -i abort
 987   TcpExtTCPAbortOnLinger          1                  0.0
 988
 989 TcpExtTCPRcvCoalesce
 990 -------------------
 991 On the server, we run a program which listen on TCP port 9000, but
 992 doesn't read any data::
 993
 994   import socket
 995   import time
 996   port = 9000
 997   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 998   s.bind(('0.0.0.0', port))
 999   s.listen(1)
1000   sock, addr = s.accept()
1001   while True:
1002       time.sleep(9999999)
1003
1004 Save the above code as server_coalesce.py, and run::
1005
1006   python3 server_coalesce.py
1007
1008 On the client, save below code as client_coalesce.py::
1009
1010   import socket
1011   server = 'nstat-b'
1012   port = 9000
1013   s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
1014   s.connect((server, port))
1015
1016 Run::
1017
1018   nstatuser@nstat-a:~$ python3 -i client_coalesce.py
1019
1020 We use '-i' to come into the interactive mode, then a packet::
1021
1022   >>> s.send(b'foo')
1023   3
1024
1025 Send a packet again::
1026
1027   >>> s.send(b'bar')
1028   3
1029
1030 On the server, run nstat::
1031
1032   ubuntu@nstat-b:~$ nstat
1033   #kernel
1034   IpInReceives                    2                  0.0
1035   IpInDelivers                    2                  0.0
1036   IpOutRequests                   2                  0.0
1037   TcpInSegs                       2                  0.0
1038   TcpOutSegs                      2                  0.0
1039   TcpExtTCPRcvCoalesce            1                  0.0
1040   IpExtInOctets                   110                0.0
1041   IpExtOutOctets                  104                0.0
1042   IpExtInNoECTPkts                2                  0.0
1043
1044 The client sent two packets, server didn't read any data. When
1045 the second packet arrived at server, the first packet was still in
1046 the receiving queue. So the TCP layer merged the two packets, and we
1047 could find the TcpExtTCPRcvCoalesce increased 1.
1048
1049 TcpExtListenOverflows and TcpExtListenDrops
1050 ----------------------------------------
1051 On server, run the nc command, listen on port 9000::
1052
1053   nstatuser@nstat-b:~$ nc -lkv 0.0.0.0 9000
1054   Listening on [0.0.0.0] (family 0, port 9000)
1055
1056 On client, run 3 nc commands in different terminals::
1057
1058   nstatuser@nstat-a:~$ nc -v nstat-b 9000
1059   Connection to nstat-b 9000 port [tcp/*] succeeded!
1060
1061 The nc command only accepts 1 connection, and the accept queue length
1062 is 1. On current linux implementation, set queue length to n means the
1063 actual queue length is n+1. Now we create 3 connections, 1 is accepted
1064 by nc, 2 in accepted queue, so the accept queue is full.
1065
1066 Before running the 4th nc, we clean the nstat history on the server::
1067
1068   nstatuser@nstat-b:~$ nstat -n
1069
1070 Run the 4th nc on the client::
1071
1072   nstatuser@nstat-a:~$ nc -v nstat-b 9000
1073
1074 If the nc server is running on kernel 4.10 or higher version, you
1075 won't see the "Connection to ... succeeded!" string, because kernel
1076 will drop the SYN if the accept queue is full. If the nc client is running
1077 on an old kernel, you would see that the connection is succeeded,
1078 because kernel would complete the 3 way handshake and keep the socket
1079 on half open queue. I did the test on kernel 4.15. Below is the nstat
1080 on the server::
1081
1082   nstatuser@nstat-b:~$ nstat
1083   #kernel
1084   IpInReceives                    4                  0.0
1085   IpInDelivers                    4                  0.0
1086   TcpInSegs                       4                  0.0
1087   TcpExtListenOverflows           4                  0.0
1088   TcpExtListenDrops               4                  0.0
1089   IpExtInOctets                   240                0.0
1090   IpExtInNoECTPkts                4                  0.0
1091
1092 Both TcpExtListenOverflows and TcpExtListenDrops were 4. If the time
1093 between the 4th nc and the nstat was longer, the value of
1094 TcpExtListenOverflows and TcpExtListenDrops would be larger, because
1095 the SYN of the 4th nc was dropped, the client was retrying.
1096
1097 IpInAddrErrors, IpExtInNoRoutes and IpOutNoRoutes
1098 ----------------------------------------------
1099 server A IP address: 192.168.122.250
1100 server B IP address: 192.168.122.251
1101 Prepare on server A, add a route to server B::
1102
1103   $ sudo ip route add 8.8.8.8/32 via 192.168.122.251
1104
1105 Prepare on server B, disable send_redirects for all interfaces::
1106
1107   $ sudo sysctl -w net.ipv4.conf.all.send_redirects=0
1108   $ sudo sysctl -w net.ipv4.conf.ens3.send_redirects=0
1109   $ sudo sysctl -w net.ipv4.conf.lo.send_redirects=0
1110   $ sudo sysctl -w net.ipv4.conf.default.send_redirects=0
1111
1112 We want to let sever A send a packet to 8.8.8.8, and route the packet
1113 to server B. When server B receives such packet, it might send a ICMP
1114 Redirect message to server A, set send_redirects to 0 will disable
1115 this behavior.
1116
1117 First, generate InAddrErrors. On server B, we disable IP forwarding::
1118
1119   $ sudo sysctl -w net.ipv4.conf.all.forwarding=0
1120
1121 On server A, we send packets to 8.8.8.8::
1122
1123   $ nc -v 8.8.8.8 53
1124
1125 On server B, we check the output of nstat::
1126
1127   $ nstat
1128   #kernel
1129   IpInReceives                    3                  0.0
1130   IpInAddrErrors                  3                  0.0
1131   IpExtInOctets                   180                0.0
1132   IpExtInNoECTPkts                3                  0.0
1133
1134 As we have let server A route 8.8.8.8 to server B, and we disabled IP
1135 forwarding on server B, Server A sent packets to server B, then server B
1136 dropped packets and increased IpInAddrErrors. As the nc command would
1137 re-send the SYN packet if it didn't receive a SYN+ACK, we could find
1138 multiple IpInAddrErrors.
1139
1140 Second, generate IpExtInNoRoutes. On server B, we enable IP
1141 forwarding::
1142
1143   $ sudo sysctl -w net.ipv4.conf.all.forwarding=1
1144
1145 Check the route table of server B and remove the default route::
1146
1147   $ ip route show
1148   default via 192.168.122.1 dev ens3 proto static
1149   192.168.122.0/24 dev ens3 proto kernel scope link src 192.168.122.251
1150   $ sudo ip route delete default via 192.168.122.1 dev ens3 proto static
1151
1152 On server A, we contact 8.8.8.8 again::
1153
1154   $ nc -v 8.8.8.8 53
1155   nc: connect to 8.8.8.8 port 53 (tcp) failed: Network is unreachable
1156
1157 On server B, run nstat::
1158
1159   $ nstat
1160   #kernel
1161   IpInReceives                    1                  0.0
1162   IpOutRequests                   1                  0.0
1163   IcmpOutMsgs                     1                  0.0
1164   IcmpOutDestUnreachs             1                  0.0
1165   IcmpMsgOutType3                 1                  0.0
1166   IpExtInNoRoutes                 1                  0.0
1167   IpExtInOctets                   60                 0.0
1168   IpExtOutOctets                  88                 0.0
1169   IpExtInNoECTPkts                1                  0.0
1170
1171 We enabled IP forwarding on server B, when server B received a packet
1172 which destination IP address is 8.8.8.8, server B will try to forward
1173 this packet. We have deleted the default route, there was no route for
1174 8.8.8.8, so server B increase IpExtInNoRoutes and sent the "ICMP
1175 Destination Unreachable" message to server A.
1176
1177 Third, generate IpOutNoRoutes. Run ping command on server B::
1178
1179   $ ping -c 1 8.8.8.8
1180   connect: Network is unreachable
1181
1182 Run nstat on server B::
1183
1184   $ nstat
1185   #kernel
1186   IpOutNoRoutes                   1                  0.0
1187
1188 We have deleted the default route on server B. Server B couldn't find
1189 a route for the 8.8.8.8 IP address, so server B increased
1190 IpOutNoRoutes.