LVS负载均衡软件在处理Netfilter/iptables连接状态跟踪机制时遇到的一个bug的说明_开源代码netfilter bug

LVS这个开源项目的历史可能快有20年了，至今仍然很受欢迎，在国内众多大小公司有广泛的应用。

最近在工作中遇到的一个LVS软件的bug，这个bug很隐蔽，如果没有很大的流量负载时，很可能是发现不了它的。但也正是因为这个bug，很可能你的网站或服务的并发处理性能要大大折扣。

这个bug是LVS和Netfilter/iptables在一起使用时发生的，如果你的系统有很好的外部防护，未启用主机的系统防火墙，那么就也不会存在我下面要讲的问题。

接下来我从遇到的这个问题的现象讲起。

1、问题描述

我们的服务接口是由LVS做负载均衡的一组机器。在大批的访问请求过来时，发现LVS realserver节点的网络连接数量增长得异常快，也非常多。迅速达到单节点几万的级别了就。与此同时客户侧反馈说，接口的响应延时比较大。 我们调查了一下网络连接这块，被系统中的这个网络连接的状态和结果着实吓了一跳。如下图所示，全是FIN-WAIT-2状态的连接，不是大部分，除了ESTAB的之外，其它基本全部都是，每个realserver上能有几万个。

2、问题分析

我们都熟悉LVS的DR模式的工作机制，在LVS服务的director节点上提供一个vip地址，CIP/VIP/DIP/RIP这几个地址按设计逻辑进行交互，大体上是外部来的请求包都首先发给了这个director节点的vip地址，而响应数据包则是realserver直接发给客户端。director对收到的请求报文做一些必要的修改后，转发给后端的realserver节点处理。在这之后就是客户端的机器直接与我们的realserver节点建立TCP连接传输数据。

（1）在realserver上的连接停在FIN-WAIT-2状态到超时，说明realserver作为主动断开连接的一方，发出了FIN包，也收到了FIN包的ACK确认。但是，一直没收到客户端发来的FIN包。因此，总也无法进入TIME-WAIT状态，然后自动被释放。

（2）找一个测试机模拟客户端访问LVS的VIP服务端口

如下图所示，后缀.10的为测试客户端地址，后缀为.50的为LVS的VIP。这里做了模糊处理，实际上这两个地址并不是同一个网络中的，测试客户端是从远程访问过来的。

抓包显示：

异常的地方在于：下一个数据包居然是返回的ICMP Destination unreachable (Host administratively prohibited)

不仅如此，后续又反复收发了多个重传、重复的数据包，也反复抛出相似的错误报文。

也就是说，本该正常得由客户端发送给LVS的FIN包，虽然发出了（见下图的包5），但对方不但没收到，还直接给返回了一个ICMP主机路由不可达的报文！

到这一步为止，实际上双方间的有效连接已经断开了，但LVS侧的realserver上的连接停在了FIN-WAIT-2状态，客户端侧的连接停在了LAST-ACK状态，双方都只能等更长的时间才能以超时结束，并释放连接资源。

（3）问题很严重吗？

其实不是，虽然上面的报文中错误一大堆，但实际上的效果是LVS和客户端双方之间的数据通信居然未受明显影响，该提交的数据仍被成功提交上去了，仅仅是在要断开连接时，才抛的ICMP错误报文。

在访问请求的数量非常大时，来自客户端的请求仍然可以成功，只是响应时间和处理延时越来越明显了，而且LVS realserver节点上累积了越来越多的FIN-WAIT-2状态的异常断链。

因此，上面这个问题并不是很容易被发现。很可能正常使用了很久了，才因为一些特殊的事件，注意到这个问题。

3、问题的根源原因是什么

我们仔细看一下ICMP主机不可达的这个报文内容，如下Type:3，Code:10

这种报文在主机系统防火墙中设置了禁止访问的过滤规则时，是最经常遇到的。你要访问的一个主机端口，人家没授权，那么你得到的就是这么一个ICMP主机不可达（Host administratively prohibited）。意思就是主机不是真的不可达，只是在授权管理上对你禁止访问了。

那就显得更奇怪了，我们的测试客户端和LVS服务之间显然是有访问授权的，而且双方是先成功建立连接，传输数据的，要结束时倒说主机不可达，双方的连接就这么卡在那等待很久才能超时结束。

经过一番艰苦得查找，找到这样一份LVS HOWTO的技术资料，虽然旧了点，但资料的详尽程度让人吃惊，不过是英文的。

http://www.austintek.com/LVS/LVS-HOWTO/HOWTO/index.html

光是目录索引项可能就有几百项。

我重点学习了ICMP这一章节，其实看后才发现这不是一份严谨的技术资料，只是把很多比较有价值的问题讨论过程和结果整理并分享出来的。当然了，这里面很多问题的回答者之一，就是章大神——LVS他爸爸！

http://www.austintek.com/LVS/LVS-HOWTO/HOWTO/LVS-HOWTO.icmp.html

我把LVS ICMP这份英文资料中的最后一段翻译过来，如下所示。也正是这段资料给我们遇到的奇葩问题提供了一个解决方法，虽然仍然未给出合理的解释。

原文翻译如下：

35.6. Long sessions through LVS DR director terminated by icmp-host-prohibited (ICMP type 3 code 10)

Klaas's posting of a bug. We don't know what it's about yet.

Klaas Jan Wierenga k.j.wierenga (at) home (dot) nl 26 Mar 2007

我遇到了一个问题，在这里有时会通过HTTP终止一些长时间的MP3流式会话，因为LVS-DR director向客户端发送ICMP类型3代码10-主机不可达（icmp-host-prohibited）数据包（mp3 流）。 发生这种情况时，客户端停止发送数据包15分钟（LVS的TCP空闲会话超时？）

最初我怀疑是LVS director，但经过一番调查，我发现它从来不会发送icmp-host-prohibited（不在linux/net/ipv4/ipvs/*源文件中）。 唯一的另一种可能是netfilter发送它（在net/ ipv4/netfilter/ipt_REJECT.c：send_unreach（* pskb，ICMP_HOST_ANO）中找到），但是为什么在一个已经存在的，已经建立的和活动的连接上发送呢？

我的初始iptables的相关部分是（/etc/sysconfig/iptables）：

*filter
:FORWARD ACCEPT [0:0]
:INPUT ACCEPT [0:0]
:RH-Firewall-1-INPUT - [0:0]
:OUTPUT ACCEPT [0:0]
-A FORWARD -j RH-Firewall-1-INPUT
-A INPUT -j RH-Firewall-1-INPUT
-A RH-Firewall-1-INPUT -i lo -j ACCEPT
-A RH-Firewall-1-INPUT -p icmp -m icmp --icmp-type any -j ACCEPT
-A RH-Firewall-1-INPUT -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
-A RH-Firewall-1-INPUT -p tcp -m state -m tcp --dport 80 --state NEW -j ACCEPT
-A RH-Firewall-1-INPUT -j REJECT --reject-with icmp-host-prohibited COMMIT

在将端口80规则更改为下面的规则后，有效地禁用端口80上的连接跟踪，问题消失了。

-A RH-Firewall-1-INPUT -p tcp --dport 80 -j ACCEPT

最初，我在LVS director上做了这个iptables的更改，但是，真正的服务器有时会在已建立的连接上发送icmp-host-prohibited，而且在更改真实服务器上的iptables后，问题就消失了。

目前还不清楚为什么netfilter会在连接跟踪激活时决定在建立的连接上发送icmp-host-unreachable。 也许netfilter列表中的某个人可以对此有所了解。

later on following up: 26 Jun 2007

我从来没有想明白它。 它似乎是一个netfilter问题，因为当我更改我的防火墙规则（/etc/sysconfig/iptables）以禁用连接跟踪时，问题就消失了。

# Don't do connection tracking on port 80 and 8000 because sometimes it
# results in dropped connections due to ICMP_HOST_UNREACHABLE messages
#-A RH-Firewall-1-INPUT -p tcp -m state -m tcp --dport 80 --state NEW -j ACCEPT
#-A RH-Firewall-1-INPUT -p tcp -m state -m tcp --dport 8000 --state NEW -j ACCEPT
-A RH-Firewall-1-INPUT -p tcp --dport 80 -j ACCEPT
-A RH-Firewall-1-INPUT -p tcp --dport 8000 -j ACCEPT

4、问题的答案

虽说是问题的答案，但却不知道为什么这个方法就能解决这个问题。

一个更合理的解释是：LVS软件在处理Netfilter/iptables的状态跟踪机制时，是有BUG的。

当你在LVS director和realserver上配置iptables的端口过滤规则时，一个很常用的配置方法就是像下面这样：

前一条规则是说已经处于ESTAB状态的连接，可以直接通过，不受访问限制。后一 条规则中的“--state NEW”的作用就是说如果是一个针对80端口的新访问请求，则给予放行。

上面这些配置方法，是再普通不过的了。但正像上面这个外国网友在2007年就遇到了的问题一样，只要你在过滤规则中使用了state连接状态跟踪机制，那你就中奖了。虽然不影响成功建立连接和通信，但LVS将不能正常断开客户端与realserver之间的链接。

解决办法就是：关掉你的系统防火墙，或者是过滤规则中不要使用state状态跟踪机制去处理新建连接，就像下面这样就可以了：