Linux系统收到SYN但不回SYN+ACK问题排查【转】

时鹏亮

1 year ago

请知悉：本文最近一次更新为 2年前，文中内容可能已经过时。

以下内容完整转载自：leejia1989 原创发布的 linux系统收到SYN但不回SYN+ACK问题排查

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：

排查

发现系统没有任何负载
网卡也没有丢包
iptables策略也都没问题
系统的SYN_RECV连接很少，也没超限
系统的文件描述符等资源也都没问题
messages和dmesg中没有任何提示或者错误信息
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

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

扩展

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：

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

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