name: network-performance description: 网络性能分析与优化的专家技能。分析数据包捕获、识别网络延迟瓶颈、配置TCP调优参数、分析连接池行为、调试TLS握手性能、优化HTTP/2和HTTP/3设置。 allowed-tools: Bash(*) Read Write Edit Glob Grep WebFetch metadata: author: babysitter-sdk version: “1.0.0” category: network-io backlog-id: SK-016

网络性能分析

您是 网络性能分析 - 一个专门用于网络性能分析与优化的技能。该技能提供专家级能力，用于识别和解决跨TCP/IP、TLS、HTTP/2和HTTP/3协议的网络相关性能瓶颈。

概述

此技能支持AI驱动的网络性能操作，包括：

使用tcpdump/Wireshark模式分析数据包捕获
识别网络延迟瓶颈
配置TCP调优参数（缓冲区、拥塞控制）
分析连接池行为
调试TLS握手性能
优化HTTP/2和HTTP/3设置
实施网络压缩策略

前提条件

tcpdump, tshark (Wireshark CLI)
ss, netstat, ip实用工具
支持HTTP/2和HTTP/3的curl
可选：iperf3, mtr, traceroute
用于数据包捕获的root/admin访问权限

能力

1. TCP性能分析

分析和优化TCP性能：

# 捕获TCP数据包进行分析
tcpdump -i eth0 -nn -tttt -s 0 \
  'tcp port 443 and host api.example.com' \
  -w capture.pcap -c 10000

# 使用tshark分析
tshark -r capture.pcap -q -z io,stat,1,"tcp"

# 提取TCP RTT统计信息
tshark -r capture.pcap \
  -T fields -e tcp.analysis.ack_rtt \
  -Y "tcp.analysis.ack_rtt" | \
  awk '{sum+=$1; count++} END {print "平均RTT:", sum/count*1000, "ms"}'

# 检查重传
tshark -r capture.pcap -q -z expert,error
tshark -r capture.pcap -Y "tcp.analysis.retransmission" | wc -l

# 使用ss进行连接状态分析
ss -tni state established '( sport = :443 or dport = :443 )'

2. TCP调优配置

配置最佳TCP参数：

# /etc/sysctl.conf Linux TCP调优

# 缓冲区大小（用于高带宽连接）
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.core.rmem_default = 1048576
net.core.wmem_default = 1048576

# TCP缓冲区自动调优
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 1048576 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 1048576 16777216

# 拥塞控制（现代网络推荐BBR）
net.core.default_qdisc = fq
net.ipv4.tcp_congestion_control = bbr

# 连接处理
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535
net.core.somaxconn = 65535
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 15
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 60
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 5

# TIME_WAIT处理
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65535

# 窗口缩放和SACK
net.ipv4.tcp_window_scaling = 1
net.ipv4.tcp_sack = 1
net.ipv4.tcp_timestamps = 1

# 应用更改
sysctl -p

3. 连接池分析

分析和优化连接池：

# 监控连接状态
watch -n 1 'ss -s'

# 按状态统计连接数
ss -tan | awk '{print $1}' | sort | uniq -c | sort -rn

# 查找连接池耗尽
ss -tn state time-wait | wc -l
ss -tn state established dst :443 | wc -l

# 使用tcpdump分析连接持续时间
tcpdump -nn -tt -r capture.pcap 'tcp[tcpflags] & (tcp-syn|tcp-fin) != 0' | \
  awk '{print $1, $3, $5}' | sort

# 连接池配置（Python requests）
import requests
from requests.adapters import HTTPAdapter
from urllib3.util.retry import Retry

# 配置连接池
session = requests.Session()
adapter = HTTPAdapter(
    pool_connections=100,        # 连接池数量
    pool_maxsize=100,            # 每个池的连接数
    max_retries=Retry(
        total=3,
        backoff_factor=0.5,
        status_forcelist=[500, 502, 503, 504]
    ),
    pool_block=False             # 池满时不阻塞
)
session.mount('https://', adapter)
session.mount('http://', adapter)

# 配置超时
response = session.get(
    'https://api.example.com/data',
    timeout=(3.05, 30)  # (连接超时, 读取超时)
)

4. TLS握手优化

分析和优化TLS性能：

# 测量TLS握手时间
curl -w "DNS: %{time_namelookup}s
连接: %{time_connect}s
TLS: %{time_appconnect}s
总计: %{time_total}s
" \
  -o /dev/null -s https://api.example.com/health

# 详细TLS握手分析
openssl s_client -connect api.example.com:443 -msg -trace 2>&1 | \
  grep -E "^(<<<|>>>|SSL)"

# 检查TLS会话恢复
for i in {1..3}; do
  curl -w "TLS时间: %{time_appconnect}s
" -o /dev/null -s https://api.example.com/
done

# 验证TLS 1.3支持
curl -v --tlsv1.3 https://api.example.com/ 2>&1 | grep TLSv1.3

# Nginx TLS优化
ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384;
ssl_prefer_server_ciphers off;

# 会话恢复
ssl_session_cache shared:SSL:50m;
ssl_session_timeout 1d;
ssl_session_tickets off;

# OCSP装订
ssl_stapling on;
ssl_stapling_verify on;
resolver 8.8.8.8 8.8.4.4 valid=300s;
resolver_timeout 5s;

# TLS 1.3的0-RTT（早期数据）
ssl_early_data on;

5. HTTP/2优化

为最佳性能配置HTTP/2：

# Nginx HTTP/2配置
server {
    listen 443 ssl http2;

    # HTTP/2特定设置
    http2_max_concurrent_streams 128;
    http2_max_field_size 8k;
    http2_max_header_size 32k;
    http2_recv_buffer_size 256k;
    http2_idle_timeout 3m;

    # 服务器推送（谨慎使用）
    http2_push /css/main.css;
    http2_push /js/app.js;

    # 连接设置
    keepalive_timeout 65;
    keepalive_requests 1000;
}

# 验证HTTP/2多路复用
curl -w '
HTTP版本: %{http_version}
' --http2 \
  -o /dev/null -s https://api.example.com/

# 检查HTTP/2支持
curl -I --http2 -s https://api.example.com/ | head -1

# 分析HTTP/2帧
nghttp -v https://api.example.com/

6. HTTP/3 (QUIC) 优化

为现代网络配置HTTP/3：

# 测试HTTP/3支持
curl --http3 -I https://api.example.com/

# 分析QUIC连接
curl --http3 -v https://api.example.com/ 2>&1 | grep -i quic

# Nginx HTTP/3（使用nginx-quic）
server {
    listen 443 ssl http2;
    listen 443 quic reuseport;

    # HTTP/3特定
    add_header Alt-Svc 'h3=":443"; ma=86400';

    ssl_protocols TLSv1.3;  # QUIC必需
}

7. 网络延迟分析

全面的延迟分析：

# MTR路径分析
mtr --report -c 100 api.example.com

# 带时间的Traceroute
traceroute -I api.example.com

# DNS延迟
time dig +short api.example.com

# 每跳延迟分析
tcptraceroute api.example.com 443

# 应用层延迟分解
curl -w @- -o /dev/null -s "https://api.example.com/health" <<'EOF'
     DNS查询:  %{time_namelookup}s

  TCP连接:  %{time_connect}s

  TLS握手:  %{time_appconnect}s

  服务器处理:  %{time_starttransfer}s

  总时间:  %{time_total}s

  下载速度:  %{speed_download} bytes/s

EOF

8. 带宽和吞吐量测试

测量网络吞吐量：

# iperf3服务器
iperf3 -s

# iperf3客户端（TCP）
iperf3 -c server.example.com -t 30 -P 4

# iperf3 JSON输出
iperf3 -c server.example.com -t 10 -J > results.json

# 测试下载吞吐量
curl -o /dev/null -w "速度: %{speed_download} bytes/s
" \
  https://cdn.example.com/large-file.bin

# 多连接测量
aria2c -x 16 -s 16 https://cdn.example.com/large-file.bin --dry-run

MCP服务器集成

此技能可以利用以下MCP服务器：

服务器	描述	使用场景
mcp-monitor	系统监控	网络I/O指标
mcp-kubernetes	K8s网络	服务网格分析
Cilium Hubble (通过Azure K8s MCP)	网络监控	Kubernetes网络流

最佳实践

TCP调优

从默认值开始 - 现代内核具有良好的自动调优
更改前测量 - 基准当前性能
启用BBR - 对于大多数网络比CUBIC更好
正确调整缓冲区大小 - 匹配带宽延迟乘积

TLS优化

使用TLS 1.3 - 更快的握手，更好的安全性
启用会话恢复 - 减少重复握手成本
OCSP装订 - 避免客户端OCSP查询
证书优化 - 使用ECDSA，保持链简短

HTTP/2 & HTTP/3

域名分片有害 - HTTP/2多路复用使其更糟
谨慎使用服务器推送 - 如果误用会浪费带宽
连接合并 - 可能时合并域
考虑QUIC - 对移动和有损网络更好

流程集成

此技能与以下流程集成：

network-io-optimization.js - 网络优化工作流
disk-io-profiling.js - 相关I/O分析
latency-analysis-reduction - 端到端延迟优化

输出格式

执行操作时，提供结构化输出：

{
  "operation": "analyze-network-performance",
  "status": "success",
  "analysis": {
    "latency": {
      "dnsLookup": "15ms",
      "tcpConnect": "25ms",
      "tlsHandshake": "45ms",
      "serverProcessing": "120ms",
      "total": "205ms"
    },
    "tcp": {
      "retransmissionRate": "0.1%",
      "avgRtt": "28ms",
      "congestionControl": "bbr",
      "windowSize": "64KB"
    },
    "tls": {
      "version": "TLSv1.3",
      "cipher": "TLS_AES_256_GCM_SHA384",
      "sessionResumed": true
    }
  },
  "recommendations": [
    {
      "category": "tls",
      "issue": "使用TLS 1.2",
      "action": "升级到TLS 1.3以获得更快的握手",
      "estimatedImprovement": "50ms"
    }
  ]
}

错误处理

常见问题

错误	原因	解决方案
高重传率	数据包丢失，拥塞	检查网络路径，启用FEC
慢DNS解析	DNS服务器延迟	使用本地解析器，启用缓存
TLS握手超时	服务器过载	启用会话恢复
连接池耗尽	高并发	增加池大小，检查TIME_WAIT
HTTP/2流限制	太多并发请求	增加流限制

约束

数据包捕获需要适当的权限
网络调优影响整个系统
应用更改前在非生产环境测试
考虑数据包捕获的法规要求
记录所有调优更改以便故障排除