📚 课程目录第4章流量生成与捕获工具

4. 流量生成与捕获工具

在卫星组网流量测试中，工具链通常分为“造流量”和“看流量”两类。造流量负责在受控条件下产生可重复的负载，看流量负责把经过链路、网卡、协议栈的数据包完整记录下来，供后续统计与判读。本节围绕 Iperf、Scapy、Wireshark、Tcpdump 以及卫星专用流量生成器，说明它们各自适合解决什么问题、关键参数如何设置、结果如何观察。

一、Iperf：面向吞吐与时延的端到端打流

Iperf3 是最常用的 TCP/UDP 带宽测量工具，采用客户端—服务端模型。服务端先监听，客户端发起连接并持续发送数据，最终输出吞吐量、重传次数、抖动等统计。卫星链路典型特征是长时延、高误码、带宽受限，因此参数选择与地面网络有明显差异。

# 服务端（卫星远端站）
iperf3 -s -p 5201

# 客户端（中心站），TCP 上行 60 秒，窗口 512KB
iperf3 -c 192.168.10.20 -p 5201 -t 60 -w 512K -i 5

# UDP 测试，目标 20Mbps，报文 1200 字节
iperf3 -c 192.168.10.20 -u -b 20M -l 1200 -t 60 -i 5

关键判读点：TCP 模式下若出现大量 Retr（重传），说明链路丢包或窗口不足；UDP 模式下重点看 Jitter 与 Lost/Total 比例。卫星往返时延常在 250ms 以上（GEO），窗口需满足 BDP：带宽 20Mbps × RTT 0.5s ≈ 1.25MB，因此 -w 应显著大于默认值，否则吞吐会被窗口限制而非链路限制。建议先用 UDP 测链路可达速率，再用 TCP 验证端到端有效吞吐。

二、Scapy：构造自定义协议与异常流量

Scapy 是 Python 数据包操作库，能逐层构造、发送、嗅探和解析报文，适合生成卫星协议栈中非标准或异常场景的流量，例如自定义封装头、错误校验、分片、特定 DSCP 标记等。Iperf 只能产生“规整”的流，而 Scapy 可以精确控制每一个字段。

from scapy.all import *

# 构造带自定义载荷的 UDP 报文，指定 DSCP 与源端口
pkt = IP(dst="192.168.10.20", tos=0xB8) / \
      UDP(sport=40000, dport=9000) / \
      Raw(load=b"SAT-TEST-" + bytes(range(64)))

# 发送 100 个，间隔 0.01 秒
send(pkt, count=100, inter=0.01, iface="eth0")

使用 Scapy 时要注意：send() 工作在三层，sendp() 工作在二层；卫星网关口常需指定 iface。构造异常流量（如错误长度、非法选项）时，应先在隔离测试网段验证，避免影响在网业务。Scapy 的 sniff() 也可用于抓包，但高吞吐场景下性能不如 Tcpdump。

三、Wireshark 与 Tcpdump：捕获与深度解析

Tcpdump 是命令行抓包工具，资源占用低，适合在卫星远端站、网关等无图形界面的设备上长时间运行；Wireshark 提供图形化解析与过滤，适合在中心站对抓取文件做深入分析。两者常配合使用：Tcpdump 负责现场采集，Wireshark 负责离线分析。

# Tcpdump：抓取 9000 端口，每个文件 100MB，滚动 10 个
tcpdump -i eth0 -s 0 -w sat_%Y%m%d_%H%M%S.pcap \
        -C 100 -W 10 'udp port 9000'

# 只抓前 200 字节，降低存储压力
tcpdump -i eth0 -s 200 -w sat_head.pcap 'host 192.168.10.20'

Wireshark 中常用过滤表达式：ip.addr==192.168.10.20 && udp.port==9000 定位业务流；tcp.analysis.retransmission 快速筛出重传；udp.length > 1400 检查是否存在超长报文导致分片。卫星链路中若出现大量分片，会显著增加时延与丢包概率，应结合 MTU 与 MSS 调整。

四、卫星专用流量生成器

通用工具难以模拟卫星特有的多波束、多载波、时变衰减与切换行为。卫星专用流量生成器通常内置以下能力：按波束/载波维度配置并发流、注入时延抖动与误码模型、模拟雨衰导致的信噪比下降、按时间脚本触发波束切换。其输出一般包含每条流的速率、丢包、时延分布以及链路层统计，便于与网管数据对齐。

使用专用生成器时，建议先建立基线：在无衰减条件下测出各波束的参考吞吐与时延；再逐步注入衰减、抖动、切换事件，观察指标偏离基线的程度。这样可以把“链路本身能力”与“异常事件影响”分开评估。

五、工具组合与使用建议

实际测试中，推荐按“先通后优”的顺序组合工具：先用 Iperf3 做端到端吞吐基线，确认链路可达速率；再用 Scapy 注入特定协议或异常报文，验证协议栈健壮性；同时用 Tcpdump 在关键节点持续抓包，事后用 Wireshark 做重传、分片、时延分析；涉及多波束、雨衰、切换等场景时，切换到卫星专用生成器，并与网管侧链路指标交叉比对。

抓包时建议统一时间基准（NTP 或 GPS 授时），否则多节点 pcap 无法对齐，时延分析会出现虚假偏差。卫星链路时延大，时间戳精度直接影响抖动计算。

Scapy 构造异常报文、专用生成器注入衰减模型时，务必在隔离测试网段或维护窗口内进行，避免误伤在网业务。抓包文件可能包含业务数据，需按安全要求脱敏与留存。

把工具用对，比把工具用多更重要。Iperf 回答“能跑多快”，Scapy 回答“协议对不对”，Tcpdump/Wireshark 回答“到底发生了什么”，卫星专用生成器回答“在真实卫星条件下会怎样”。四者配合，才能形成从生成、捕获到判读的完整闭环。