一,背景:

今天下午发现线上的一台机器从办公网登录不上且所有tcp端口都telnet不通,但是通过同机房的其它机器却可以正常访问到出问题的机器。于是就立即在这台出问题的server端抓包分析,发现问题如下:
server端收到了本地pc发的SYN包,但是没有回syn+ack包,所以确认是server端系统问题。tcpdump抓包如下:

wKioL1mKiFzyAHTYAAZzy5AQiS4317.jpg


二,排查

1,发现系统没有任何负载

2,网卡也没有丢包

3,iptables策略也都没问题

4,系统的SYN_RECV连接很少,也没超限

5,系统的文件描述符等资源也都没问题

6,messages和dmesg中没有任何提示或者错误信息

7,通过netstat命令查看系统上协议统计信息,发现很多请求由于时间戳的问题被rejected

# netstat -s |grep reject
    2181 passive connections rejected because of time stamp
    34 packets rejects in established connections because of timestamp


三,通过google来协助

发现有同样的人遇见这个问题:

是通过调整sysctl -w net.ipv4.tcp_timestamps=0或者sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=0来解决这个问题,于是我就顺藤摸瓜继续查。


而在查询这两个参数的过程中,发现问题原因如下:

发现是 Linux tcp_tw_recycle/tcp_timestamps设置导致的问题。 因为在linux kernel源码中发现tcp_tw_recycle/tcp_timestamps都开启的条件下,60s内同一源ip主机的socket connect请求中的timestamp必须是递增的。经过测试,我这边centos6系统(kernel 2.6.32)和centos7系统(kernel 3.10.0)都有这问题。

    源码函数:kernel 2.6.32 tcp_v4_conn_request(),该函数是tcp层三次握手syn包的处理函数(服务端);
    源码片段:
       if (tmp_opt.saw_tstamp &&
            tcp_death_row.sysctl_tw_recycle &&
            (dst = inet_csk_route_req(sk, req)) != NULL &&
            (peer = rt_get_peer((struct rtable *)dst)) != NULL &&
            peer->v4daddr == saddr) {
            if (get_seconds() < peer->tcp_ts_stamp + TCP_PAWS_MSL &&
                (s32)(peer->tcp_ts - req->ts_recent) >
                            TCP_PAWS_WINDOW) {
                NET_INC_STATS_BH(sock_net(sk), LINUX_MIB_PAWSPASSIVEREJECTED);
                goto drop_and_release;
            }
        }
        
        tmp_opt.saw_tstamp:该socket支持tcp_timestamp
        sysctl_tw_recycle:本机系统开启tcp_tw_recycle选项
        TCP_PAWS_MSL:60s,该条件判断表示该源ip的上次tcp通讯发生在60s内
        TCP_PAWS_WINDOW:1,该条件判断表示该源ip的上次tcp通讯的timestamp 大于 本次tcp


总结:

我这边和其它同事通过公司出口(NAT网关只有1个ip地址)访问问题server,由于timestamp时间为系统启动到当前的时间,故我和其它同事的timestamp肯定不相同;根据上述SYN包处理源码,在tcp_tw_recycle和tcp_timestamps同时开启的条件下,timestamp大的主机访问serverN成功,而timestmap小的主机访问失败。并且,我在办公网找了两台机器可100%重现这个问题。


解决:

# echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle


四,扩展

1,net.ipv4.tcp_timestamps

tcp_timestamps的本质是记录数据包的发送时间。基本的步骤如下:

  1. 发送方在发送数据时,将一个timestamp(表示发送时间)放在包里面

  2. 接收方在收到数据包后,在对应的ACK包中将收到的timestamp返回给发送方(echo back)

  3. 发送发收到ACK包后,用当前时刻now - ACK包中的timestamp就能得到准确的RTT


当然实际运用中要考虑到RTT的波动,因此有了后续的(Round-Trip Time Measurement)RTTM机制。

TCP Timestamps Option (TSopt)具体设计如下

Kind: 8             // 标记唯一的选项类型,比如window scale是3
Length: 10 bytes    // 标记Timestamps选项的字节数
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
| Kind=8 | Length=10 | TS Value (TSval) | TS ECho Reply (TSecr) |
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 
   1          1             4                       4

timestamps一个双向的选项,当一方不开启时,两方都将停用timestamps。比如client端发送的SYN包中带有timestamp选项,但server端并没有开启该选项。则回复的SYN-ACK将不带timestamp选项,同时client后续回复的ACK也不会带有timestamp选项。当然,如果client发送的SYN包中就不带timestamp,双向都将停用timestamp。

tcp数据包中timestamps的value是系统开机时间到现在时间的(毫秒级)时间戳。


参数:

0:停用

1:启用(系统默认值)


2,net.ipv4.tcp_tw_recycle

TCP规范中规定的处于TIME_WAIT的TCP连接必须等待2MSL时间。但在linux中,如果开启了tcp_tw_recycle,TIME_WAIT的TCP连接就不会等待2MSL时间(而是rto或者60s),从而达到快速重用(回收)处于TIME_WAIT状态的tcp连接的目的。这就可能导致连接收到之前连接的数据。为此,linux在打开tcp_tw_recycle的情况下,会记录下TIME_WAIT连接的对端(peer)信息,包括IP地址、时间戳等。这样,当内核收到同一个IP的SYN包时,就会去比较时间戳,检查SYN包的时间戳是否滞后,如果滞后,就将其丢掉(认为是旧连接的数据)。这在绝大部分情况下是没有问题的,但是对于我们实际的client-server的服务,访问我们服务的用户一般都位于NAT之后,如果NAT之后有多个用户访问同一个服务,就有可能因为时间戳滞后的连接被丢掉。


参数:

0:停用(系统默认值)

1:启用


参考:

https://serverfault.com/questions/235965/why-would-a-server-not-send-a-syn-ack-packet-in-response-to-a-syn-packet

http://hustcat.github.io/tcp_tw_recycle-and-tcp_timestamp/