网络设备
"网络不通"排障时，多数人从 IP 和路由查起——这没错，但有一整类问题根本到不了协议栈：网线没插稳、链路协商成 100M 半双工、驱动没绑定、固件没加载、中断全挤在一个核上。本篇从硬件视角覆盖这些"包进入 Linux 网络栈之前"的事实：网卡结构、PCIe 挂载、驱动与 ethtool、中断与多队列、链路协商与无线法规域。IP 怎么配、路由与 DNS 怎么排、防火墙怎么看，属于网络篇的分工——两篇合起来，才是从水晶头到应用层的完整链条。
内容参考自 Arch Wiki、ethtool 手册与内核网络文档，见文末参考资料。
学习目标
- 理解网卡的 PHY/MAC/DMA/PCIe 结构，知道一次收包在硬件上经历了什么
- 用
lspci -k+ethtool -i确认设备与驱动绑定，排查"网卡识别不了" - 熟练使用
ethtool查看链路、统计、卸载与队列，能读懂错误计数的方向 - 理解中断亲和性与 RSS 多队列，会用
irqbalance或smp_affinity优化收包路径 - 区分接口命名、无线法规域等硬件相关事实与网络篇的配置问题
与网络篇的分工
| 层次 | 本篇（硬件视角） | 网络篇（软件视角） |
|---|---|---|
| 物理/链路 | 网卡结构、PHY/MAC、双工协商、线缆与光模块 | — |
| 驱动 | lspci -k、ethtool -i、模块加载、固件 | — |
| 中断/DMA | IRQ 分摊、RSS 多队列、Ring Buffer、offload | — |
| 接口命名 | 为什么叫 enp3s0 不叫 eth0（硬件拓扑决定） | 接口如何配置地址与路由 |
| L3 及以上 | — | 网络配置、故障排除、防火墙 |
一个判断顺序的建议：先用本篇确认硬件与驱动在不在、链路通不通（ip link 看有没有 UP、ethtool 看有没有 Link detected），再带着"物理层已通"的前提进网络篇查地址、路由、DNS。反过来做，你会在网线松了的机器上抓半天包。本篇所有示例接口名以 enp3s0 为准，用 ip link 替换成你机器上的实际名字。
1. 网卡（NIC）的结构
1.1 组成与数据路径
┌───────────────────────────────────────┐
│ 网卡 │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌───────┐ │
│ │RJ45/SFP│→│ PHY │→│ MAC │ │
│ │ 物理接口 │ │ 物理层 │ │控制器 │ │
│ └─────────┘ └─────────┘ └───┬───┘ │
│ ↓ │
│ ┌────────────────────────────────┐ │
│ │ DMA 引擎（直接读写主机内存） │ │
│ └────────────────┬───────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌────────────────────────────────┐ │
│ │ PCIe 接口（挂到 CPU/芯片组） │ │
│ └────────────────────────────────┘ │
└───────────────────────────────────────┘| 组件 | 功能 | 排障意义 |
|---|---|---|
| PHY | 物理层信号收发（编码、自协商） | 双工/速率协商错误的现场 |
| MAC 控制器 | 帧封装解封、CRC 校验 | ethtool -S 的错误计数来自这层 |
| DMA 引擎 | 把帧直接搬进主机内存，不经 CPU 拷贝 | 大流量下占内存带宽；IOMMU 关系到直通安全 |
| PCIe 接口 | 与主机互联 | lspci 的枚举对象；带宽 x1/x4/x8/x16 影响万兆以上吞吐 |
收包路径串起来就是：PHY 收到信号 → MAC 校验成帧 → DMA 写入预分配的 Ring Buffer（环形缓冲）→ 触发中断/轮询通知内核驱动 → 驱动把 skb 交给内核协议栈。本篇覆盖到驱动交付为止；skb 之后的 IP/路由/TCP 归网络篇。理解这条路径，后面 ethtool -G（Ring 大小）、ethtool -k（卸载）、/proc/interrupts（中断）三个调优点才有坐标——它们分别作用在 DMA 缓冲、MAC 卸载和中断通知这三个硬件环节上。
1.2 网卡类型速查
| 类型 | 速率 | 接口 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 千兆 | 1 Gbps | RJ45 | 桌面与入门服务器，igb/e1000e/r8169 常见 |
| 万兆 | 10 Gbps | RJ45(SFP+) | 虚拟化宿主、存储网 |
| 25G/100G | 25/100 Gbps | SFP28/QSFP28 | 数据中心（Mellanox mlx5 常见） |
| 无线 | Wi-Fi 5/6/6E/7 | 天线 | 笔记本与 AP；受法规域约束（第 6 节） |
2. 认识网络硬件：从 lspci 到接口命名
2.1 lspci：设备与驱动的对账单
$ lspci -k | grep -A3 -i "Ethernet\|Network"
03:00.0 Ethernet controller: Intel I350 Gigabit Network Connection
Subsystem: Intel I350 Gigabit Network Connection
Kernel driver in use: igb ← 驱动已绑定
Kernel modules: igbKernel driver in use 那行是硬件排障的分水岭：有它，设备已交给内核，接下来查链路与配置；没它，接口根本不会出现，该查驱动与固件（第 4 节）。lspci 默认预装（pciutils），若缺失：Debian/Ubuntu 用 apt install pciutils，Arch 用 pacman -S pciutils，RHEL 用 dnf install pciutils。无线网卡对应 lspci | grep -i network，USB 网卡则用 lsusb（usbutils 包）。
2.2 接口为什么叫 enp3s0
Linux 2.6 以前以驱动探测顺序命名 eth0/eth1——重启或加卡后顺序可能变，这是老脚本最隐蔽的定时炸弹。现代 systemd 发行版默认启用可预测命名：基于固件/拓扑生成 enp3s0（onboard/PCI 以太网：en + PCI 位置 p3s0）、wlp2s0（无线）这类名字，含义固定——enp3s0 就是"PCI 总线 3 插槽 0 上的以太网口"，换卡换槽它会变，但"位置即身份"的规则不变。
ip link show # 名字以这里为准，别照抄文档里的 eth0
# 2: enp3s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 ... state UP<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> 中 LOWER_UP 才代表"灯亮了"：接口 UP 但没有 LOWER_UP，说明管理状态开了而物理链路没通——查网线、交换机口、对端配置。这个字段是硬件视角排障的第一个分叉点；拿到"物理已通"的结论后，IP/路由问题请转到网络篇 · 故障排除。
3. ethtool：与网卡对话
ethtool 读写网卡固件与驱动暴露的参数，是硬件视角的核心工具。三系安装包名一致：Debian/Ubuntu 用 sudo apt install ethtool、Arch 用 sudo pacman -S ethtool、RHEL/CentOS/Rocky 用 sudo dnf install ethtool，完整对照见第 7 节与 README 速览表。
3.1 链路状态与驱动信息
链路状态用 sudo ethtool enp3s0 的关键字段判读：Speed: 1000Mb/s、Duplex: Full、Link detected: yes、Auto-negotiation: on——四项异常的排查路径见第 5 节，其中 Duplex: Half 几乎必错，Speed 掉到 100Mb/s 则要怀疑协商或线缆。驱动信息用 ethtool -i 查看：
$ sudo ethtool -i enp3s0
driver: igb
version: 5.15.0-1-generic ← 驱动版本（对照厂商支持列表）
bus-info: 0000:03:00.0 ← 与 lspci 地址一致，可交叉验证ethtool -i 与 lspci -k 应当互相印证：两边都指向同一驱动才算对账成功；ethtool 报 Operation not supported 或设备不存在，而 ip link 里有接口时，优先怀疑权限（多数查询要 root）或接口名拼错。
3.2 统计计数：错误往哪边涨
# 驱动统计（不同驱动字段名不同，抓关键错误项）
$ sudo ethtool -S enp3s0 | grep -E "rx_error|crc|drop|missed" | head -8
rx_crc_errors: 0 ← 非零持续涨：线缆/电磁/对端问题
rx_missed_errors: 0 ← 内核来不及取，Ring Buffer 可能偏小（3.4 节）
tx_dropped: 0判读方法是趋势与方向：rx_crc_errors 涨指向物理层（换线、查水晶头、查双工）；rx_missed_errors/FIFO 涨指向主机侧来不及消费（中断、Ring、CPU 饱和）；tx_dropped 涨指向协议栈以上（转去网络篇）。ip -s link show enp3s0 给出收发包总量的粗账，与 ethtool -S 的细分计数配合，先定量再定性。
3.3 速度、双工与自动协商
多数场景保持 autoneg on 即可——现代设备强制双工反而容易与对端不匹配。需要临时改时用 sudo ethtool -s enp3s0 speed 1000 duplex full autoneg on，必须手工设置时交换机侧要同步改：单边强制 1000/full、对边 autoneg 失败落到 100/half，是"网页偶尔卡死、大文件拷不动"的经典根因。光模块（SFP+）还有兼容性问题：非原厂模块可能被固件拒绝或速率异常，换模块先看 dmesg 与厂商 HCL（合格部件清单）。
3.4 Ring Buffer、卸载与多队列
sudo ethtool -g enp3s0 # Ring：DMA 环当前/最大值
sudo ethtool -G enp3s0 rx 4096 # 调大 rx（重启失效，上限看 -g 输出）
sudo ethtool -k enp3s0 # 卸载：tso/gso/gro/checksum 状态
sudo ethtool -K enp3s0 gro on tso on # 一般开启；抓包分析时才考虑关 gro
sudo ethtool -l/-L enp3s0 # 多队列：查看/调整通道数（不超过 CPU 数）三个参数的分工：Ring 管"内核来不及取时能垫多少"，offload 管"谁来做校验和与分段"，channels/多队列 管"收包能摊到几个核"。它们都由驱动实现，改完不保证持久——重启或 NetworkManager/systemd-Link 重读配置后回默认，持久化属于配置层（网络篇），临时排查才用 ethtool -G/-K/-L。
4. 网卡驱动与固件
4.1 常见驱动对照
| 驱动 | 支持的网卡 | 场景备注 |
|---|---|---|
e1000e | Intel 千兆（桌面/服务器） | 老牌稳定 |
igb | Intel I210/I340/I350 千兆 | 服务器多口常见 |
ixgbe | Intel 万兆 82599/X520/X540 | 10GbE |
i40e/ice | Intel X710/X722、E810 | 25G/100G 世代 |
mlx5_core | Mellanox/NVIDIA ConnectX-4/5/6 | 25G/100G、RDMA |
r8169 | Realtek 千兆 | 消费级主板集成 |
virtio_net | 虚拟机半虚拟化网卡 | KVM/QEMU 访客 |
# 驱动状态与固件日志（失败的经典现象）
lsmod | grep -E "igb|ixgbe|mlx5|virtio_net"
sudo modprobe igb # 手动加载
sudo dmesg | grep -iE "firmware|failed to load" | grep -iE "net|iwl|ath"4.2 "网卡识别不了"的检查链
按顺序走，每步只有一个结论：① lspci | grep -i ether 有设备吗？没有 → PCIe 枚举问题（槽位/供电/直通配置），与驱动无关；② -k 有 Kernel driver in use 吗？没有 → 驱动未绑定：lsmod 看模块、dmesg 看加载报错、必要时 modprobe 手动加载，仍失败则查驱动对该芯片 ID 的支持（lspci -nn 拿到 8086:1521 类 ID 去比对驱动源码/发行版说明）；③ 有驱动但 ip link 无接口？→ 看 dmesg 是否 firmware failed（固件文件缺失，常见于部分无线卡与新网卡配老内核）、接口是否被 renaming 干扰（dmesg | grep renamed）；④ 接口在但 LOWER_UP 不亮？→ 回到第 3.3 节查协商，或换线换口。发行版仓库的驱动版本老时，优先升级发行版内核而不是随手编译第三方驱动——DKMS 与内核升级的兼容债务往往比驱动本身更贵；确认需要厂商驱动（如部分 Mellanox 固件工具）时，以厂商安装文档为准。
4.3 无线网卡的固件特殊性
多数 Wi-Fi 芯片的固件运行在卡上，由内核在初始化时从 /lib/firmware/ 上传；固件缺失时接口存在却 DOWN，dmesg 有 direct firmware load ... failed 字样。Debian/Ubuntu 对 firmware-iwlwifi（Intel）等采用 free/firmware 分包，最小安装常默认不带——装完"没有无线"先补固件包；Arch 因 linux-firmware 默认安装较少遇到；RHEL/Rocky 在启用相应仓库后安装 linux-firmware。这是三系"无线表现不同"最常见的非黑魔法解释。
5. 中断、RSS 与收包路径调优
5.1 中断为什么值得关注
每个收包中断都消耗 CPU；如果全部中断落在同一个核（单队列老网卡、或 irq 分摊不均），该核 sy 飙高而其他核围观——瓶颈不在带宽，在通知路径只有一根线。现代网卡用多队列 + RSS（Receive Side Scaling，按流哈希把不同连接分到不同队列/中断）从硬件上并行化；运维要做的是确认队列数与中断分布是否匹配机器的核数：
# 中断计数按 CPU 分布（网卡行按驱动名 grep；全在 CPU0 即单核瓶颈）
grep -E "enp3s0|virtio|mlx5" /proc/interrupts
# CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
# 44: 12003455 11987632 11990210 12011089 IR-PCI-MSI igb-TxRx-0
grep -E "NET_RX|NET_TX" /proc/softirqs # 软中断（NET_RX 反映收包压力）多数场景的默认答案是把分摊交给守护进程 irqbalance，安装三系对照如下——Debian/Ubuntu 用 sudo apt install irqbalance、Arch 用 sudo pacman -S irqbalance、RHEL/CentOS/Rocky 用 sudo dnf install irqbalance，然后 sudo systemctl enable --now irqbalance 即可。
5.2 irqbalance 与手工亲和性
判断"中断该谁管"之前，先明白两层机制的分工：irqbalance 是发行版默认带的守护进程，按负载周期性地把 IRQ 重新分摊到各核，省心但不保证与你的业务绑核策略一致；手工亲和性则把每个中断号钉死在指定 CPU 上，可预测、可复现，代价是要自己维护清单。两者只能选一个——同时开会导致绑定被悄悄改写。选择标准很简单：通用服务器用 irqbalance；延迟敏感或已用 taskset/NUMA 绑核的场景，停掉它改手工。
手工绑定的操作只有三步：先 grep enp3s0 /proc/interrupts 拿到中断号 N，停用 irqbalance（sudo systemctl disable --now irqbalance），再把十六进制掩码写进 /proc/irq/N/smp_affinity。这个文件是位掩码，每个 bit 对应一个 CPU：1=CPU0、2=CPU1、4=CPU2、c=CPU2+3——把 16 进制当十进制写（想要 CPU2 却写 2，实际绑到 CPU1）是最常见的静默错误，写完必须回读确认。多队列网卡要为每个 igb-TxRx-N 队列分别规划；中断号在重启/换卡后会变，手工清单需要维护——这也是把 irqbalance 当默认、手工仅作定向优化的原因。进阶的 XPS/RPS 软队列分流见内核文档，按需再读。
6. 无线：硬件视角
6.1 查看无线硬件与法规域
iw dev # 无线接口（phy 索引、MAC、当前信道）
iw phy phy0 info | grep -A20 "Supported" # 支持的频段与信道列表
iw reg get # 法规域 → country: CN 决定可用信道与功率；安装对照见第 7 节法规域（regulatory domain）是写进无线硬件的法律边界：不同国家允许的信道与功率不同，国家码错了会出现"扫得到 AP 却连不上 5G 信道"或功率受限穿墙变差。iw reg get 与 iwphy 的频率列表对不上你预期的信道时，先查国家码再怪路由器。扫描与连接的配置操作（nmcli、wpa_supplicant）归网络篇 · 配置，本篇只要求定位到"硬件支持什么、法规允许什么"这一层。
6.2 驱动与射频的常见事实
Intel 网卡走 iwlwifi + 固件（第 4.3 节），Realtek 走 rtw88/rtw89 等（部分需 DKMS，Arch 用户常从 AUR 补），Broadcom 部分芯片闭源驱动在 Debian 上要 firmware-brcm80211。笔记本的硬件射频开关/Fn 快捷键会把设备变成 RFKILL 状态——ip link 里接口在但 STATE 异常时，rfkill list all 查看 Soft/Hard block，这是纯硬件层问题，与 NetworkManager 无关：
rfkill list all # 0: WLAN Soft blocked: yes → rfkill unblock；Hard = 物理拨钮7. 三系差异速览
| 方面 | Debian/Ubuntu | Arch | RHEL/CentOS/Rocky |
|---|---|---|---|
ethtool/iw 安装 | apt install ethtool iw | pacman -S ethtool iw | dnf install ethtool iw |
| 默认网络配置层 | Netplan（/etc/netplan/，Ubuntu 服务器）；Debian 服务器常见 ifupdown/networkd | 多为 systemd-networkd 或 NetworkManager（自行选择） | NetworkManager（nmcli；RHEL 9 起统一） |
| 可预测命名 | 默认启用 | 默认启用 | 默认启用 |
| 固件包 | firmware-* 分包，最小安装可能缺失 | linux-firmware 默认较全 | linux-firmware |
irqbalance | apt install irqbalance | pacman -S irqbalance | dnf install irqbalance |
| 防火墙（配置归网络篇） | ufw | 自选 nftables/ufw | firewalld |
注意本表只列硬件视角的差异：配置管理器与防火墙的完整对照见网络篇的三系速览；本篇三系一致的原则是——lspci/ethtool/ip 的用法与 /proc/interrupts 的格式完全相同，差异只在包名、固件是否默认齐全、以及配置落在哪个管理器手里。
8. 常见坑
- 脚本里写死
eth0。 可预测命名下默认是enp3s0/ens33这类名字，且换卡会变——用ip link读取实际名，或用 MAC 地址/udev 规则做稳定别名（第 2.2 节）。 ip link显示 UP 却不通，忘了看LOWER_UP。 管理状态与物理链路是两回事；没有LOWER_UP就是没链路，去查协商与线缆，别先查路由（第 2.2 节）。ethtool调完的参数重启就没了，以为驱动坏了。 运行时参数本就不持久，持久化要交给 networkd/Netplan/NetworkManager 的 link 配置（网络篇）；临时排查用ethtool，长期策略写配置文件（第 3.4 节）。- 强制 1G/full 单边改，把链路改出兼容性问题。 双边协商规则不一致会落到 100/half，症状是"小流量正常、大流量极慢"；恢复
autoneg on两边对齐（第 3.3 节）。 - 手工绑定中断后不关 irqbalance。 两个机制互相改写
smp_affinity，表现为"绑定莫名失效"——要么全交 irqbalance，要么停掉它自己管（第 5.2 节）。 - 把
smp_affinity当十进制写。 它是十六进制位掩码：想要 CPU2 要写4而不是2，写完必须回读确认（第 5.2 节）。 - 虚拟机里找不到真实网卡驱动，或
ethtool -k大量 unsupported。 VM 用的是virtio_net/模拟设备，能力集与物理 NIC 不同，unsupported 的卸载项属正常——别拿物理机的调优清单硬套（第 4.1 节）。 - 无线"驱动坏了"实为固件/法规域/射频开关。 按第 4.3、6.1、6.2 节顺序查
dmesg固件加载 →iw reg get国家码 →rfkill list，三关都过再怀疑驱动本身。
参考资料
- Arch Wiki - Network configuration — wiki.archlinux.org
- Arch Wiki - Network configuration / Wireless — wiki.archlinux.org
- Arch Wiki - irqbalance — wiki.archlinux.org
- Arch Wiki - Improving performance（网络调优上下文） — wiki.archlinux.org
- Linux Kernel Networking Documentation — kernel.org
- ethtool(8) 手册 — man7.org
- systemd.net-naming-scheme（可预测接口命名） — freedesktop.org
- iw(8) 手册 — kernel.org
- 鸟哥的私房菜 - 连上因特网 — linux.vbird.org
- Red Hat - RHEL 9 网络性能调优 — docs.redhat.com