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丢包问题

丢包可能情况如图:

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链路层​

当缓冲区溢出等原因导致网卡丢包时,Linux 会在网卡收发数据的统计信息中,记录下收发错误的次数。

通过 ethtool 或者 netstat ,来查看网卡的丢包记录。比如,可以在容器中执行下面的命令,查看丢包情况:

root@nginx:/# netstat -i
Kernel Interface table
Iface MTU RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flg
eth0 100 31 0 0 0 8 0 0 0 BMRU
lo 65536 0 0 0 0 0 0 0 0 LRU

输出中的 RX-OK、RX-ERR、RX-DRP、RX-OVR ,分别表示接收时的总包数、总错误数、进入 Ring Buffer 后因其他原因(如内存不足)导致的丢包数以及 Ring Buffer 溢出导致的丢包数。

TX-OK、TX-ERR、TX-DRP、TX-OVR 也代表类似的含义,只不过是指发送时对应的各个指标。

提示

由于 Docker 容器的虚拟网卡,实际上是一对 veth pair,一端接入容器中用作 eth0,另一端在主机中接入 docker0 网桥中。veth 驱动并没有实现网络统计的功能,所以使用 ethtool -S 命令,无法得到网卡收发数据的汇总信息。

要注意,如果用 tc 等工具配置了 QoS,那么 tc 规则导致的丢包,就不会包含在网卡的统计信息中。

检查一下 eth0 上是否配置了 tc 规则,并查看有没有丢包

root@nginx:/# tc -s qdisc show dev eth0
qdisc netem 800d: root refcnt 2 limit 1000 loss 30%
Sent 432 bytes 8 pkt (dropped 4, overlimits 0 requeues 0)
backlog 0b 0p requeues 0

从 tc 的输出中可以看到, eth0 上面配置了一个网络模拟排队规则(qdisc netem),并且配置了丢包率为 30%(loss 30%)。再看后面的统计信息,发送了 8 个包,但是丢了 4 个。 这里,导致 Nginx 回复的响应包,被 netem 模块给丢了。

解决方法也就很简单了,直接删掉 netem 模块就可以了。我们可以继续在容器终端中,执行下面的命令,删除 tc 中的 netem 模块:

root@nginx:/# tc qdisc del dev eth0 root netem loss 30%

网络层和传输层​

在网络层和传输层中,引发丢包的因素非常多。不过,其实想确认是否丢包,是非常简单的事,因为 Linux 已经为我们提供了各个协议的收发汇总情况。

root@nginx:/# netstat -s
Ip:
Forwarding: 1 //开启转发
31 total packets received //总收包数
0 forwarded //转发包数
0 incoming packets discarded //接收丢包数
25 incoming packets delivered //接收的数据包数
15 requests sent out //发出的数据包数
Icmp:
0 ICMP messages received //收到的ICMP包数
0 input ICMP message failed //收到ICMP失败数
ICMP input histogram:
0 ICMP messages sent //ICMP发送数
0 ICMP messages failed //ICMP失败数
ICMP output histogram:
Tcp:
0 active connection openings //主动连接数
0 passive connection openings //被动连接数
11 failed connection attempts //失败连接尝试数
0 connection resets received //接收的连接重置数
0 connections established //建立连接数
25 segments received //已接收报文数
21 segments sent out //已发送报文数
4 segments retransmitted //重传报文数
0 bad segments received //错误报文数
0 resets sent //发出的连接重置数
Udp:
0 packets received
...
TcpExt:
11 resets received for embryonic SYN_RECV sockets //半连接重置数
0 packet headers predicted
TCPTimeouts: 7 //超时数
TCPSynRetrans: 4 //SYN重传数
...

netstat 汇总了 IP、ICMP、TCP、UDP 等各种协议的收发统计信息。不过,我们的目的是排查丢包问题,所以这里主要观察的是错误数、丢包数以及重传数。

根据上面的输出,你可以看到,只有 TCP 协议发生了丢包和重传,分别是:

  • 11 次连接失败重试(11 failed connection attempts)
  • 4 次重传(4 segments retransmitted)
  • 11 次半连接重置(11 resets received for embryonic SYN_RECV sockets)
  • 4 次 SYN 重传(TCPSynRetrans)
  • 7 次超时(TCPTimeouts)

说明 TCP 协议有多次超时和失败重试,并且主要错误是半连接重置。换句话说,主要的失败,都是三次握手失败。

iptables​

# 主机终端中查询内核配置
$ sysctl net.netfilter.nf_conntrack_max
net.netfilter.nf_conntrack_max = 262144
$ sysctl net.netfilter.nf_conntrack_count
net.netfilter.nf_conntrack_count = 182

连接跟踪数只有 182,而最大连接跟踪数则是 262144。显然,这里的丢包,不可能是连接跟踪导致的。

可以通过 iptables -nvL 命令,查看各条规则的统计信息。比如,你可以执行下面的 docker exec 命令,进入容器终端;然后再执行下面的 iptables 命令,就可以看到 filter 表的统计数据了:

# 在主机中执行
$ docker exec -it nginx bash

# 在容器中执行
root@nginx:/# iptables -t filter -nvL
Chain INPUT (policy ACCEPT 25 packets, 1000 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination
6 240 DROP all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 statistic mode random probability 0.29999999981

Chain FORWARD (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination

Chain OUTPUT (policy ACCEPT 15 packets, 660 bytes)
pkts bytes target prot opt in out source destination
6 264 DROP all -- * * 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 statistic mode random probability 0.29999999981

从 iptables 的输出中,你可以看到,两条 DROP 规则的统计数值不是 0,它们分别在 INPUT 和 OUTPUT 链中。这两条规则实际上是一样的,指的是使用 statistic 模块,进行随机 30% 的丢包。

再观察一下它们的匹配规则。0.0.0.0/0 表示匹配所有的源 IP 和目的 IP,也就是会对所有包都进行随机 30% 的丢包。看起来,这应该就是导致部分丢包的“罪魁祸首”了。

既然找出了原因,接下来的优化就比较简单了。比如,把这两条规则直接删除就可以了。我们可以在容器终端中,执行下面的两条 iptables 命令,删除这两条 DROP 规则:

root@nginx:/# iptables -t filter -D INPUT -m statistic --mode random --probability 0.30 -j DROP
root@nginx:/# iptables -t filter -D OUTPUT -m statistic --mode random --probability 0.30 -j DROP