liwen01 2019.06.15

前言：

在linux系统关于流量统计，已经有开源的工具，比如nethogs，nload和iptraf。它们适合我们在PC上直接监控某台设备的流量情况，但并不适合我们应用到自己的程序中去。

如果要在自己代码中实现流量的统计，可以有下面几种方法：统计应用层流量;使用tcpdump抓取每一包数据进行统计;使用Iptables命令来实现。下面就这几种方法进行对比：

(1)应用层计算流量

该方法也就是在自己程序中的每个end和recv函数中去实现，统计自己每次进行网络通信时候数据的接收和发送长度，进而统计出总的数据流量。这种方法是一种粗略的计算，实际上是非常不准确的，它比实际的数据流量统计少了。因为我们的send和recv函数是在应用层。

应用层的数据，到链路层，中间需要经过传输层和网络层，他们会对数据进程封装，加上数据包头,校验等等信息之后才会到链路层，所以实际链路层发送的数据比应用层的数据要多一些额外的数据，接收数据的时候其实也是一样，只是整个流程反过来了。

另外，在网络传输的过程中，还可能出现数据的丢失，这个在有线传输中出现比较少，但是在无线传输并且网络状态不是很好的情况下，出现数据丢失数据重传的概率是非常高的，而在应用层的send和recv函数并不能感知到数据的丢失和重传，所以在应用层统计的流量是不准确的，它会比实际的数据流量统计少了，实际少多少，这个跟网络状态和传输方式有关。

实际网络运营商统计的数据流量，是链路层的数据流量，而不是应用层的网络流量。

(2)tcpdump抓数据

tcpdump是与Windows系统的wireshark类似的一个网络抓包工具。它可以感知链路层数据的丢失和重传等等信息，但是它是基于数据截取的方式来获取信息，这样的方式比较比较影响网络的性能，同时也是比较消耗系统的资源，可以用来做网络调试，但不是非常适合网络流量的统计。

(3)使用iptables统计流量

iptables命令 是Linux上常用的防火墙软件，是netfilter项目的一部分。它可以根据不同的规则对数据进行过滤，转发和统计。它可以针对某一个IP或是多个IP进程处理，也可以针对某一个端口进行处理。当它做数据统计的时候，它的数值统计的是链路层的数据。也就是包括了IP包信息和数据重传等额外数据的长度。通过这种方式，可以实现流量的精准统计。

设计思路：

基本设计方法是这样：

在一个进程(进程A)中循环检测有那些Ip和端口需要添加进Iptable的统计规则中，如果有收到一个添加规则的请求，则判断该规则是否已经添加进Iptable中，如果没有则添加，如果有则放弃此次规则的添加。在其他的进程中，比如进程B,C,D，E...,在进程网络连接的时候，根据需求将需要统计的IP或是端口信息，发送给进程A，让进程A去进行iptables规则的添加。

另外，在进程A中，可以循环的去获取Iptables统计的流量，还可以实时的去获取网卡实际收发的数据，实现网络流量的实时更新。进程A,B,C,D,E之间，可以使用进程间通信的任意一种，这里为了方便扩展，使用了命名管道进程通信。为了方便数据检验传递和处理，在进程间传递的IP地址可以转换为数值二不是字符串，实际在connet函数建立网络连接的时候，使用的也是一个32位的int类型数据来表示IP地址。

功能实现：

(1)iptables规则添加

这里只统计IP，不进行端口的统计，使用一个数组来记录需要添加进iptables的规则，规则命令如下：

可以使用iptables --list 查看实际添加的规则：

(2)Iptable的流量查看：

可以使用命令：iptables -n -v -L -t filter -x 查看iptables的流量统计情况：

(3)网卡流量查看：

在linux系统中，我们可以通过proc虚拟文件系统获取linux系统的一些信息，其中就包括网卡信息，在Ubuntu16.04系统中/sys/class/net/ens33/statistics/目录下的文件就记录了网卡的收发数据量，所发数据包数等等信息。 查看本次开机网卡总共发送的数据量：

查看本次开机网卡总共接收的数据量：

(4)进程间通行

这里使用的是命名管道，在使用命名管道的时候，需要注意管道的阻塞和非阻塞模式，这里接收和发送都是采用的非阻塞模式，另外，还需要注意管道的收发数据规则。

在接收进程从，非阻塞方式打开，可以正常打开，接收数据也会立即返回。在发送端非阻塞方式打开，如果这条管道，没有一个进程在接收，那么在发送端打开管道会返回失败。

如果有多个进程进程进行数据写入，但是只有一个进程在进行读操作的时候，要注意读写数据的原子性操作。

我们这里是针对特定IP进程流量的统计，在不同进程之间，我们需要把Ip地址信息发送给进程A进程Iptable规则的添加，这里我们使用的是重新封装connet函数，在connet函数中，我们可以获取到需要建立网络链接的IP地址的一个32位10进制数值，我们可以直接将该值传递给进程A，进程A再将该10进制的数值装换为字符串类型的Ip地址。

(5)代码实现：

(a)进程A中iptable规则添加，流量获取实现：

(b)重新封装connet 函数

(c)测试进程代码：

工程下载:

完整工程文件结构：

liwen01网络编程NetTrafficStatis.tar.gz


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