網絡包排錯指南-類linux 平臺

發布時間：2020-06-04 19:16:11 來源：網絡閱讀：8345 作者：yoke88 欄目：網絡管理

網絡包排錯指南-類linux 平臺

背景信息

最近一直在測試k8s,如果你了解或者解接觸過docker,那你一定知道docker 相關的網絡很大部分在橋接、路由、Iptables 上做文章。如果你湊巧接觸過k8s,并且了解其后面的原理，那你一定知道kube-proxy 把iptables 玩的簡直要飛起來。當然你可能會想到一些排錯工具，比如我之前常用的抓包工具，或者路由跟蹤工具，但這些工具在目前這樣復雜的環境下，是不太趁手的，特別是包在本機的多個網卡或者虛擬網卡里轉來轉去，還有很多個iptables策略，路由等讓包在內核空間中轉來轉去。抓包工具抓不到這些信息，traceroute 跟蹤路由時你會發現你需要跟蹤一個src,dst 還有port的包的路由信息是沒有法達成的。

這里介紹一些新的排錯工具：

IPTables 跟蹤排錯
本地路由排錯
一些網絡相關的內核參數設置。

Iptables 跟蹤排錯

說到Iptables 排錯，我不得不拿出這張邏輯非常清晰的圖出來，建議Iptables 排錯時常常對照下這張圖，看下數據包的傳遞路徑。在我之前的IPtables 知識范疇里，我以為它多個表之間傳遞時是沒有路由選擇這個操作的，結果實際的排錯加上這樣圖來看。原來在不同的table 之間可能經過Routing decision.

請參考我的這篇K8s Issue 中的排錯過程。

網絡包排錯指南-類linux 平臺

然后我不得不說下Iptables 的TRACE Target,沒有了解到這個Target之前，我用LOG Target，結果發現要寫好多個IPtables你也不一定能跟蹤的全每個包經過的策略，以及策略如何處理的。

我目前演示的在ubuntu 上面：

######### 檢查是TRACE相關的mod 是否載入
modprobe nf_log_ipv4

########## TRACE Target 只能應用于RAW Table

sudo iptables -t raw -I PREROUTING -p tcp -m tcp --dport 8081   -j TRACE
sudo iptables -t raw -I OUTPUT -p tcp -m tcp --dport 8081   -j TRACE

########### grep TRACE in /var/log/kern.log

grep TRACE /var/log/kern.log

ubuntu@ceph4:~$ grep TRACE /var/log/kern.log|grep 2213090174
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838361] TRACE: raw:OUTPUT:policy:2 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.43.206.251 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838389] TRACE: nat:OUTPUT:rule:1 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.43.206.251 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838417] TRACE: nat:KUBE-SERVICES:rule:9 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.43.206.251 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838439] TRACE: nat:KUBE-SVC-ZP4VKUJYTBCROZYY:rule:1 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.43.206.251 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838454] TRACE: nat:KUBE-SEP-OR6JECCPPINGGGRC:rule:2 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.43.206.251 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838479] TRACE: filter:OUTPUT:rule:1 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838493] TRACE: filter:KUBE-SERVICES:return:2 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838505] TRACE: filter:OUTPUT:rule:2 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838518] TRACE: filter:KUBE-FIREWALL:return:2 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838531] TRACE: filter:OUTPUT:rule:4 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838551] TRACE: filter:OUTPUT:policy:6 IN= OUT=enp3s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838564] TRACE: nat:POSTROUTING:rule:1 IN= OUT=enp5s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838577] TRACE: nat:KUBE-POSTROUTING:return:2 IN= OUT=enp5s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838589] TRACE: nat:POSTROUTING:rule:8 IN= OUT=enp5s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000
May  8 16:30:29 ceph4 kernel: [324781.838609] TRACE: nat:POSTROUTING:policy:10 IN= OUT=enp5s0 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=57266 DF PROTO=TCP SPT=18130 DPT=8081 SEQ=2213090174 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04D5CCCC0000000001030307) UID=1000 GID=1000

解釋一下，每個trace 會記錄表名字比如raw:OUTPUT:policy:2或者nat:OUTPUT:rule:1，表明為Table:Chain:顯式策略為Rule,Table默認策略為Policy:rule 編號。我一般用grep ID=57266 這種方法去過濾同一個包。

以上都抓取的iptables 的日志，如果中間遇到路由問題呢，比如我這個問題包日志如下,包到了nat:PREROUTING:policy:3 就沒有下文了，本來應該繼續進mangle:INPUT 或者filter:INPUT,結果都沒有，參考以上數據包圖，可以發現這里有個route decision的過程。那么接下來我看看如果排除本地路由的問題。

ubuntu@ceph3:~$ grep TRACE /var/log/kern.log|grep 1726587944
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514762] TRACE: raw:PREROUTING:policy:2 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514799] TRACE: nat:PREROUTING:rule:1 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514841] TRACE: nat:KUBE-SERVICES:rule:13 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514861] TRACE: nat:KUBE-NODEPORTS:return:1 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514881] TRACE: nat:KUBE-SERVICES:return:14 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514897] TRACE: nat:PREROUTING:rule:2 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514914] TRACE: nat:DOCKER:return:2 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)
May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514930] TRACE: nat:PREROUTING:policy:3 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)

本地路由排錯

一般情況下本地路由并沒有多少條，所以一般傳統方法是逐條對下路由條目，然后人工判斷最終會丟到那里，如果沒有發現路由能處理，就會被DROP了。新版本的linux 上用ip rule 和ip route 顯示和操作路由表，ip 屬于iproute2 包中的套件，后面大致看了下文檔，才發現有種還有這種操作的的感覺。

######## ip rule to list ip route tables
ubuntu@ceph3:~$ ip rule
0:      from all lookup local
32766:  from all lookup main
32767:  from all lookup default

######## 這里有三個table ,先查0編號的local,然后查32766的main,然后查32767的default
######## 列出每個table 中的rule
ubuntu@ceph3:~$ ip route list table local
broadcast 10.0.1.0 dev enp5s0  proto kernel  scope link  src 10.0.1.12
local 10.0.1.12 dev enp5s0  proto kernel  scope host  src 10.0.1.12
broadcast 10.0.1.255 dev enp5s0  proto kernel  scope link  src 10.0.1.12
local 10.42.2.0 dev flannel.1  proto kernel  scope host  src 10.42.2.0
broadcast 10.42.2.0 dev cni0  proto kernel  scope link  src 10.42.2.1
local 10.42.2.1 dev cni0  proto kernel  scope host  src 10.42.2.1
broadcast 10.42.2.255 dev cni0  proto kernel  scope link  src 10.42.2.1
broadcast 127.0.0.0 dev lo  proto kernel  scope link  src 127.0.0.1
local 127.0.0.0/8 dev lo  proto kernel  scope host  src 127.0.0.1
local 127.0.0.1 dev lo  proto kernel  scope host  src 127.0.0.1
broadcast 127.255.255.255 dev lo  proto kernel  scope link  src 127.0.0.1
broadcast 172.17.0.0 dev docker0  proto kernel  scope link  src 172.17.0.1 linkdown
local 172.17.0.1 dev docker0  proto kernel  scope host  src 172.17.0.1
broadcast 172.17.255.255 dev docker0  proto kernel  scope link  src 172.17.0.1 linkdown
broadcast 192.168.235.0 dev enp3s0  proto kernel  scope link  src 192.168.235.12
local 192.168.235.12 dev enp3s0  proto kernel  scope host  src 192.168.235.12
broadcast 192.168.235.255 dev enp3s0  proto kernel  scope link  src 192.168.235.12

ubuntu@ceph3:~$ ip route list table main
default via 192.168.235.2 dev enp3s0 onlink
10.0.1.0/24 dev enp5s0  proto kernel  scope link  src 10.0.1.12
10.42.0.0/24 via 10.42.0.0 dev flannel.1 onlink
10.42.1.0/24 via 10.42.1.0 dev flannel.1 onlink
10.42.2.0/24 dev cni0  proto kernel  scope link  src 10.42.2.1
10.42.3.0/24 via 10.42.3.0 dev flannel.1 onlink
10.42.4.0/24 via 10.42.4.0 dev flannel.1 onlink
172.17.0.0/16 dev docker0  proto kernel  scope link  src 172.17.0.1 linkdown
192.168.235.0/24 dev enp3s0  proto kernel  scope link  src 192.168.235.12

ubuntu@ceph3:~$ ip route list table default
ubuntu@ceph3:~$

前面說了一般方法是逐條對路由來看路由條目對特定的包是否有規則對應，但這種方法需要你對路由規則非常熟悉，而且人工容易判斷漏。那么這里介紹一個測試路由規則的命令ip route get

###### 偷懶摘抄下man 8 ip 里的說明
ip route get - get a single route

this command gets a single route to a destination and prints its contents exactly as the kernel sees it.

to ADDRESS (default) #the destination address.
from ADDRESS #the source address.
tos TOS
dsfield TOS # TOS=the Type Of Service.
iif NAME #the device from which this packet is expected to arrive.
oif NAME #force the output device on which this packet will be routed.

以上面iptables 跟蹤部分的這條日志為例

May  8 15:51:07 ceph3 kernel: [309854.514930] TRACE: nat:PREROUTING:policy:3 IN=enp5s0 OUT= MAC=00:23:7d:5b:96:ec:00:21:5a:ef:39:fe:08:00 SRC=192.168.235.13 DST=10.0.1.12 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=28265 DF PROTO=TCP SPT=14024 DPT=8081 SEQ=1726587944 ACK=0 WINDOW=29200 RES=0x00 SYN URGP=0 OPT (020405B40402080A04CCCA410000000001030307)

假設我們要判斷這個包的路由選擇會匹配哪條路由，我們可以下面命令來看，初一看結果會第一反應是不是我命令語法有問題報錯呢？來看看我當時參考了rp_filter_kernel_setting后的運行結果

ubuntu@ceph3:~$ ip route get from 192.168.235.13 to 10.0.1.12 iif enp5s0 tos 0x00
RTNETLINK answers: Invalid cross-device link

######### change rp_filter kernel setting
ubuntu@ceph3:~$ sudo bash
root@ceph3:~# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/default/rp_filter
root@ceph3:~# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter

######### Ok 在更改rp_filter 內核參數后，我們的同樣的命令有匹配結果了。

root@ceph3:~# ip route get from 192.168.235.13 to 10.0.1.12 iif enp5s0 tos 0x00
local 10.0.1.12 from 192.168.235.13 dev lo
    cache <local>  iif enp5s0
root@ceph3:~#

到這里我想你可以再嘗試一些其他的ip route get 命令來連連手，看看輸出結果，比如

ubuntu@ceph3:~$ ip route get from 172.18.0.3 to 10.0.1.12
RTNETLINK answers: Invalid argument # 本機根本沒法從172.18.0.3 路由到10.0.1.12
ubuntu@ceph3:~$ ip route get from 192.168.235.3 to 10.0.1.12
RTNETLINK answers: Invalid argument # 本機也沒法從192.168.235.3 路由到10.0.1.12
ubuntu@ceph3:~$ ip route get from 192.168.235.12 to 10.0.1.12 #從本地的一個卡為192.168.235.12 可以從lo 上路由到10.0.1.12
local 10.0.1.12 from 192.168.235.12 dev lo
    cache <local>
ubuntu@ceph3:~$ ip route get from 192.168.235.12 to 10.0.1.13 #從本地的一個卡為192.168.235.12 可以從enp5s0 上路由到10.0.1.13(另外一個主機）
10.0.1.13 from 192.168.235.12 dev enp5s0
    cache

最后我們詳細解讀下路由規則的顯示意思，具體可以參考【iproute2 doc】

以這條比較長的broadcast 10.0.1.0 dev enp5s0 proto kernel scope link src 10.0.1.12為例

broadcast 10.0.1.0 第一個為路由類型，可以為broadcast,unicast,local等等，如果不寫，則為unicast,10.0.1.0 為目的網絡。
dev enp5s0 這代表出去的時候走網卡enp5s0
via 10.42.3.0 你可能在有些規則中看到這句，代表下一跳網關是10.42.3.0
proto kernel 路由協議是kernel，由kernel 生成。
scope link 該地址只在該link 上有效
src 10.0.1.12 源Ip為10.0.1.12，這里的10.0.1.12 必須在本地的網卡地址上能找到
onlink 假裝下一跳的網關在這個link上。

一些網絡相關的內核參數設置

OK，快到最后不得不提下linux 的內核參數設置，這些參數能在內核中可以設置，往往是提煉了又提煉的精華部分。那么問題來了？

Q : 我怎么知道哪些參數是我需要的呢？

A : linux的內核文檔中會對這些參數加以詳細描述，因此我們可以閱讀內核文檔，比如和IP相關的參數，來尋找我們可能需要的參數，我的思路是通過自己覺得有可能的內核參數名去搜索互聯網，然后看結果中別人使用這個參數具體解決了什么問題。
Q: 那里找到linux 內核文檔？

A: 以ubuntu 為例，linux-doc 是當前kernel的文檔包，安裝后的文件在/usr/share/doc/linux-doc/主目錄下，可以 dpkg -L linux-doc查看尋找所需文檔。比如zcat /usr/share/doc/linux-doc/networking/ip-sysctl.txt.gz可以閱讀網絡相關內核參數的文檔。

幾個重要的內核參數

rp_filter 設置為2時會針對所有網卡匹配包的src,如果匹配則路由，設置為1時，如果包經過的網卡發現返回路徑不是最優，則丟棄包。

net.ipv4.conf.default.rp_filter = 2

net.ipv4.conf.all.rp_filter=2
log_martians Boolean 設置為enable 時，上面這種被內核認為是不可能的地址的時候，可以在內核日志中記錄信息。

其他補充

跨主機時，抓包工具是補充。
知識需要擴散、深挖，歡迎補充。

向AI問一下細節

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網絡包排錯指南-類linux 平臺