大家好，最近遇到一個奇葩的網(wǎng)絡問題，分享給大家，看完一定會覺得很奇葩。

問題現(xiàn)象

客戶反饋有一個server端S， 兩個client端C1, C2, S的iptables規(guī)則對C1, C2都是放通的，但是C2無法連接上S，客戶很著急，催我們盡快解決。

這里解釋一下，iptables規(guī)則是防火墻規(guī)則，是linux系統(tǒng)實現(xiàn)防火墻一個應用層配置工具，底層依賴是Linux內(nèi)核網(wǎng)絡子系統(tǒng)的netfiler框架。這里簡單介紹一下問題的背景知識（后面網(wǎng)絡硬核系列文章會詳細介紹）。

背景知識

netfilter是Linux內(nèi)核內(nèi)部的一個框架，該框架允許內(nèi)核模塊在Linux網(wǎng)絡堆棧的不同位置注冊回調(diào)函數(shù)。然后對于遍歷Linux網(wǎng)絡堆棧內(nèi)各個掛鉤的每個數(shù)據(jù)包，將調(diào)用已注冊的回調(diào)函數(shù)。

netfilter / iptables能做什么？

• 建立基于無狀態(tài)和有狀態(tài)數(shù)據(jù)包過濾的Internet防火墻

• 部署高可用性的無狀態(tài)和有狀態(tài)防火墻集群

• 如果您沒有足夠的公共IP地址，請使用NAT和偽裝來共享Internet訪問

• 使用NAT來實現(xiàn)透明代理

• 協(xié)助tc和iproute2系統(tǒng)用于構(gòu)建復雜的QoS和策略路由器

• 進行進一步的數(shù)據(jù)包處理（處理），例如更改IP標頭的TOS / DSCP / ECN位

在內(nèi)核協(xié)議棧位置大概是這樣：

netfilter 注冊HOOK函數(shù)位置：

5個HOOK點：

PREROUTING：數(shù)據(jù)包進入路由表之前

INPUT：通過路由表后目的地為本機

FORWARD：通過路由表后，目的地不為本機

OUTPUT：由本機產(chǎn)生，向外發(fā)送

POSTROUTIONG：發(fā)送到網(wǎng)卡接口之前。

每個HOOK點都會執(zhí)行一些函數(shù)，大致分為下面幾個表：

NAT表: 用于實現(xiàn)nat功能，端口映射，地址映射等

mangle表: 用來修改報文，例如更改IP標頭的TOS / DSCP / ECN位

filter表：用來過濾報文

raw表：用來提前標記報文不走一些流程（比如不需要建會話)

如果不熟悉不要緊，只需知道在協(xié)議棧收發(fā)關鍵入口（進入，轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)出）注冊一些 hook函數(shù)，然后報文會經(jīng)過hook里面函數(shù)處理，而這些hook的動作（函數(shù)）是需要一個iptables的工具下發(fā)配置生成的。

iptables是您下發(fā)規(guī)則的用戶態(tài)工具。IP表中的每個規(guī)則都由多個分類器（iptables匹配項）和一個連接的動作（iptables目標）組成。命令格式可參考下圖，詳細可以參考man手冊：

這里記住兩個動作就行了，ACCEPT表示通過，DROP表示丟掉；

內(nèi)核里面看到的規(guī)則大概是這個樣子：

主要特點

• 無狀態(tài)數(shù)據(jù)包過濾（IPv4和IPv6）

• 有狀態(tài)的數(shù)據(jù)包過濾（IPv4和IPv6）

• 各種網(wǎng)絡地址和端口轉(zhuǎn)換，例如NAT / NAPT（IPv4和IPv6）

• 靈活可擴展的基礎架構(gòu)

• 第三方擴展的API

所以大多數(shù)公司會基于netfilter框架實現(xiàn)軟件防火墻(安全組)和軟件虛擬交換機（vswitch，類似ovs)。

好，背景簡單介紹完了，如果不是很理解，后面會詳細介紹的，來看一下這個客戶實際問題。

分析過程

1.先了解網(wǎng)絡拓撲

客戶網(wǎng)絡拓撲是相當?shù)暮唵?#xff0c;就是同網(wǎng)段下client機器訪問服務器，一臺可以訪問，一臺不可以。

2. 查看配置是否丟失

由于是同網(wǎng)段，相當于局域網(wǎng)通信，C1都可以訪問S，那在S上路由肯定是ok的。對于服務端 10.0.0.3 而言，兩臺客戶端機器到本機的iptable規(guī)則都是一樣的。但10.0.2.8到10.0.0.3 的20202端口的syn包被丟了，而10.0.2.7 到 10.0.0.3 的 20202 端口的訪問是正常的。

配置都在，需要進一步分析。

3. 抓包分析

client端發(fā)起telnet命令連接server, server按client ip抓包，?發(fā)現(xiàn)只有TCP SYN請求過來，并無回包，確實是本機OS內(nèi)丟包導致無法正常連接：

通過netstat可以查看服務器TCP統(tǒng)計：?連接數(shù)不高，沒有TCP隊列丟包統(tǒng)計，結(jié)合10.0.2.7 client可以訪問，進一步確認，放通安全組后，10.0.2.8 到 10.0.0.3 的 icmp 包也沒有回，這個時候和TCP協(xié)議處理沒有必然關系了。

4.?追蹤內(nèi)核丟包調(diào)用棧

報文如果被內(nèi)核丟棄后，正常情況都會調(diào)用kfree_skb函數(shù)，內(nèi)核通過kfree_skb釋放skb，kfree_skb函數(shù)中已經(jīng)埋下了trace點，并且通過__builtin_return_address(0)記錄下了調(diào)用kfree_skb的函數(shù)地址并傳給location參數(shù)，可以通過systemtap腳本，追蹤kfree_skb這個trace point, 找到匹配ip的丟包并輸出對應的堆棧：

/*** kfree_skb - free an sk_buff* @skb: buffer to free** Drop a reference to the buffer and free it if the usage count has* hit zero.*/ void kfree_skb(struct sk_buff *skb) {if (unlikely(!skb))return;if (likely(atomic_read(&skb->users) == 1))smp_rmb();else if (likely(!atomic_dec_and_test(&skb->users)))return;trace_kfree_skb(skb, __builtin_return_address(0));__kfree_skb(skb); } EXPORT_SYMBOL(kfree_skb);/** Tracepoint for free an sk_buff:*/ TRACE_EVENT(kfree_skb,TP_PROTO(struct sk_buff *skb, void *location),TP_ARGS(skb, location),TP_STRUCT__entry(__field( void *, skbaddr )__field( void *, location )__field( unsigned short, protocol )),TP_fast_assign(__entry->skbaddr = skb;__entry->location = location;__entry->protocol = ntohs(skb->protocol);),TP_printk("skbaddr=%p protocol=%u location=%p",__entry->skbaddr, __entry->protocol, __entry->location) );

systemtap腳本：

# cat mydropwatch.stp #!/usr/bin/stap --all-modules %{ #include <linux/kernel.h> #include <linux/net.h> #include <linux/textsearch.h> #include <net/checksum.h> #include <linux/dma-mapping.h> #include <linux/netdev_features.h> #include <linux/skbuff.h> #include <uapi/linux/ip.h> #include <uapi/linux/udp.h> #include <uapi/linux/tcp.h> %} ############################################################ # dropwatch2.stp # An example script to mimic the behavior of the dropwatch utility # Reports every 5 seconds with timestamp # Usage: stap -g --all-modules mydropwatch.stp //-g for guru mode ############################################################ function get_packet_info:string(skb:long) %{int ret=-1;unsigned int src_port = 0;unsigned int dest_port = 0;struct udphdr *udp_header;struct tcphdr *tcp_header;struct sk_buff *skb= (struct sk_buff *)STAP_ARG_skb;struct iphdr *ip_header;unsigned int src_ip=0,dest_ip=0;if(!skb){goto EXIT_F;}ip_header = (struct iphdr *)skb_network_header(skb);if(!ip_header){goto EXIT_F;}src_ip = (unsigned int)ip_header->saddr;dest_ip = (unsigned int)ip_header->daddr; #if 0if (ip_header->protocol==17) {udp_header = (struct udphdr *)skb_transport_header(skb);src_port = (unsigned int)ntohs(udp_header->source);} else if (ip_header->protocol == 6) {tcp_header = (struct tcphdr *)skb_transport_header(skb);src_port = (unsigned int)ntohs(tcp_header->source);dest_port = (unsigned int)ntohs(tcp_header->dest);}printk(KERN_INFO "OUT packet info: src ip: %u, src port: %u; dest ip: %u, dest port: %u; proto: %u\n", src_ip, src_port, dest_ip, dest_port, ip_header->protocol); #endif// printk(KERN_DEBUG "IP addres = %pI4 DEST = %pI4\n", &src_ip, &dest_ip); EXIT_F:snprintf(STAP_RETVALUE, MAXSTRINGLEN, "%d.%d.%d.%d",(unsigned int)((unsigned char *)&src_ip)[0],(unsigned int)((unsigned char *)&src_ip)[1],(unsigned int)((unsigned char *)&src_ip)[2],(unsigned int)((unsigned char *)&src_ip)[3]); %} # Array to hold the list of drop points we find global locations # Note when we turn the monitor on and off probe begin { printf("Monitoring for dropped packets\n") } probe end { printf("Stopping dropped packet monitor\n") } # increment a drop counter for every location we drop at probe kernel.trace("kfree_skb") {SrcIp=get_packet_info($skb)//if(SrcIp=="10.0.2.8")//src ip of packet is "10.0.2.8"// printf("srcip:%s\r\n",SrcIp)if(SrcIp==@1){locations[$location] <<< 1 //systemtap Statistical aggregateif(symname($location)=="nf_hook_slow")//dump the backtrace if kfree_skb called by nf_hook_slow functionprint_backtrace();} } # Every 5 seconds report our drop locations probe timer.sec(5) { // printf("\n=== %s ===\n", ctime(gettimeofday_s()))foreach (l in locations-) {printf("\n=== %s ===\n", ctime(gettimeofday_s()))printf("%d packets dropped at %x (%s)\n",@count(locations[l]), l, symname(l))}delete locations } ### mydropwatch.stp ends ###

執(zhí)行方法：

stap -g -v --all-modules mydropwatch.stp 10.0.2.8

執(zhí)行命令后，對應輸出：

從調(diào)用棧可知是在ip_local_deliver函數(shù)時因為iptables規(guī)則導致的丟包，結(jié)合內(nèi)核代碼：

nf_hook_slow+0xf3 對于代碼188行（先找到對應內(nèi)核版本的源代碼，用crash工具打開對應內(nèi)核版本的vmlinux，反匯編函數(shù)查看指令偏移，定位到源代碼行號）：

可知是在INPUT鏈丟的包, 但是檢查了mangle, nat, filter等表的INPUT鏈，并無其他drop規(guī)則，默認policy均為ACCEPT, 所以這里有點奇怪。

為了確定是否真的匹配上了ACCEPT規(guī)則，我在規(guī)則前后添加了打印log規(guī)則，報文匹配后會打印log出來：

顯示確認一下：

通過觸發(fā)請求，匹配上了第一個打印log的規(guī)則，10.0.2.8白名單規(guī)則命中計數(shù)有新增，而第二log規(guī)則沒有匹配上，說明報文命中了白名單規(guī)則，報文可以通過防火墻:

但為什么服務端沒有回syn+ack呢，是不是某種場景觸發(fā)了netfiler框架的bug，假裝accept，實際上把報文悄悄地給丟了？? 結(jié)合報文和系統(tǒng)環(huán)境，看了幾遍netfiler代碼后，沒有看出啥問題，清空iptables規(guī)則，停了firewalld，依然丟了，還是丟在 nf_hook_slow，也進一步證明不是普通iptables規(guī)則導致的。

如果要繼續(xù)排查，是不是得遍歷下內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，看看是不是list壞掉了，由于時間比較緊迫，遍歷內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有點麻煩，需要找到netfiler hook表起始地址，再結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算出偏移，一步一步遍歷內(nèi)存，由于客戶機器可以重啟（業(yè)務已經(jīng)不正常了），客戶相信，重啟可以比我們更快解決問題，還是重啟大法好，但不幸的是，機器重啟完后沒有恢復，問題依然存在，這個就有意思了。

5. 排查其他netfilter hook(鉤子)函數(shù)

那么，有沒有可能是有其他內(nèi)核模塊在INPUT鏈中注冊了hook函數(shù)，drop了對應的包呢？我們使用crash調(diào)試內(nèi)核來找一下：

背景知識

crash是redhat的工程師開發(fā)的，主要用來離線分析linux內(nèi)核轉(zhuǎn)存文件，它整合了gdb工具，功能非常強大。可以查看堆棧，dmesg日志，內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，反匯編等等。crash支持多種工具生成的轉(zhuǎn)存文件格式，如kdump，LKCD，netdump和diskdump，而且還可以分析虛擬機Xen和Kvm上生成的內(nèi)核轉(zhuǎn)存文件。同時crash還可以調(diào)試運行時系統(tǒng)，直接運行crash即可，ubuntu下內(nèi)核映象存放在/proc/kcore。

5.1. 從nf_hooks找到ipv4 INPUT鏈的hook列表

內(nèi)核hook的組織：

那么對于NFPROTO_IPV4協(xié)議的NF_INET_LOCAL_IN鏈，我們可以找到其鏈表地址:

可以看到有一個非標模塊resguard_linux引入了非標hook函數(shù)net_hook_in_v4，反匯編net_hook_in_v4函數(shù)，可知其有一些白名單/黑名單之類的檢查：

由此基本可以確定是這個模塊的安全功能利用netfilter hook攔截了訪問。

他大爺?shù)?#xff0c;還真的注冊了nf?hook。

但要客戶認賬，還得證明這個包就是這個hook函數(shù)丟的，其實已經(jīng)差不多了。

5.2. 如何證明是net_hook_in_v4返回NF_DROP(0x0)導致的丟包?

可以結(jié)合systemtap得到skb地址，然后通過perf probe抓取net_hook_in_v4和nf_iterate的返回值：

腳本：

運行結(jié)果：

由此可以看出bb2100結(jié)尾的這個skb是因為nf_hook_in_v4導致的丟包。

網(wǎng)上搜索可知該第三方安全模塊疑似云鎖這類軟件提供，他可以通過ip黑白名單控制對網(wǎng)站的訪問。

問題算是終于結(jié)束了，想著之前催得那么急，真想在線battle一下，然而客戶是大爺，不敢想，不敢想。

可以學到什么

1. 大致了解Linux防火墻實現(xiàn)框架：netfilter+iptables；

2. 通過systemtap腳本追蹤內(nèi)核協(xié)議棧丟包堆棧信息；

3. 怎么通過堆棧函數(shù)和指令偏移找到源代碼信息；

4. 一些丟包排查思路；

5. 了解一些工具使用，比如systemtap，crash，iptables，tcpdump等等；

最后，希望本文可以對你有所幫助，謝謝觀賞，有任何問題可以在評論區(qū)留言，如果覺得文章不錯，麻煩一鍵三連支持

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總結(jié)

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