华为云ECS-Linux内核网络参数介绍及常见问题处理方法
【背景】
Linux内核网络参数经常会给服务器上部署的应用带来各种各样的业务问题，通过了解网络内核参数具体含义及给服务带来的影响，来解决日常运维过程中遇到的问题。本文主要包含以下两部分内容：
1） 内核网络参数查看与修改
2） 内核网络参数引发的常见问题及解决方案
【内核网络参数查看与修改】
/proc/sys/目录是Linux内核在启动后生成的伪目录，其目录下的net文件夹中存放了当前系统中开启的所有内核参数，目录树结构与参数的完整名称相关，如net.ipv4.tcp_tw_recycle，它对应的文件是/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle文件，文件的内容就是参数值。方法一中修改的参数值仅在当前运行中生效，系统重启后会回滚到历史值，一般用于临时性验证修改的效果。
查看内核参数：使用cat命令查看对应文件的内容，执行以下命令，查看net.ipv4.tcp_tw_recycle的值。
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle
修改内核参数：使用echo命令修改内核参数对应的文件，执行以下命令，将net.ipv4.tcp_tw_recycle的值修改为0。
echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle
通过sysctl.conf文件查看和修改内核参数
执行sysctl -a命令，查看当前系统中生效的所有参数，系统显示类似如下。
net.ipv4.tcp_app_win = 31
net.ipv4.tcp_adv_win_scale = 2
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 0
net.ipv4.tcp_frto = 2
net.ipv4.tcp_frto_response = 0
net.ipv4.tcp_low_latency = 0
net.ipv4.tcp_no_metrics_save = 0
net.ipv4.tcp_moderate_rcvbuf = 1
net.ipv4.tcp_tso_win_divisor = 3
net.ipv4.tcp_congestion_control = cubic
net.ipv4.tcp_abc = 0
net.ipv4.tcp_mtu_probing = 0
net.ipv4.tcp_base_mss = 512
net.ipv4.tcp_workaround_signed_windows = 0
net.ipv4.tcp_challenge_ack_limit = 1000
net.ipv4.tcp_limit_output_bytes = 262144
net.ipv4.tcp_dma_copybreak = 4096
net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle = 1
net.ipv4.cipso_cache_enable = 1
net.ipv4.cipso_cache_bucket_size = 10
net.ipv4.cipso_rbm_optfmt = 0
net.ipv4.cipso_rbm_strictvalid = 1
通过修改配置文件的方式修改内核参数。
执行以下命令，修改/etc/sysctl.conf文件中的参数。
vi /etc/sysctl.conf
执行以下命令，使配置生效。
/sbin/sysctl –p
【内核网络参数引发的常见问题及解决方案】
1) Linux实例NAT哈希表满导致ECS实例丢包
相关参数：
l net.netfilter.nf_conntrack_buckets
l net.nf_conntrack_max
问题现象
Linux实例出现间歇性丢包，无法连接实例。通过tracert、mtr等工具排查，外部网络未见异常。同时，在系统日志中重复出现大量类似以下错误信息。
Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
Feb 6 16:05:07 i-*** kernel: nf_conntrack: table full, dropping packet.
原因分析
ip_conntrack是Linux系统内NAT的一个跟踪连接条目的模块。ip_conntrack模块会使用一个哈希表记录TCP协议“established connection”记录，当这个哈希表满之后，便会导致“nf_conntrack: table full, dropping packet”错误。Linux系统会开辟一个空间，用于维护每一个TCP链接，这个空间的大小与nf_conntrack_buckets、nf_conntrack_max参数相关，后者的默认值是前者的4倍，所以一般建议调大nf_conntrack_max参数值。
解决方法
1. 登录Linux实例。
2. 执行以下命令，编辑系统内核配置。
vi /etc/sysctl.conf
3. 修改哈希表项最大值参数net.netfilter.nf_conntrack_max为655350。
4. 修改超时参数net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established为1200，默认情况下超时时间是432000秒。
5. 执行sysctl -p命令，使配置生效。
2) “Time wait bucket table overflow”错误
相关参数：
l net.ipv4.tcp_max_tw_buckets
问题现象
Linux实例的/var/log/messages，日志信息全是类似“kernel: TCP: time wait bucket table overflow”的报错信息，提示“time wait bucket table”溢出，系统显示类似如下。
Feb 18 12:28:38 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
Feb 18 12:28:44 i-*** kernel: printk: 227 messages suppressed.
Feb 18 12:28:44 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
Feb 18 12:28:52 i-*** kernel: printk: 121 messages suppressed.
Feb 18 12:28:52 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
Feb 18 12:28:53 i-*** kernel: printk: 351 messages suppressed.
Feb 18 12:28:53 i-*** kernel: TCP: time wait bucket table overflow
Feb 18 12:28:59 i-*** kernel: printk: 319 messages suppressed.
执行以下命令，统计处于TIME_WAIT状态的TCP连接数，发现处于TIME_WAIT状态的TCP连接非常多。
netstat -ant|grep TIME_WAIT|wc -l
原因分析
参数net.ipv4.tcp_max_tw_buckets可以调整内核中管理TIME_WAIT状态的数量。当实例中处于TIME_WAIT状态，及需要转换为TIME_WAIT状态的连接数之和超过net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数值时，messages日志中将报“time wait bucket table” 错误，同时内核关闭超出参数值的部分TCP连接。您需要根据实际情况适当调高net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数，同时从业务层面去改进TCP连接。
解决方法
1. 执行以下命令，统计TCP连接数。
netstat -anp |grep tcp |wc -l
2. 执行以下命令，查询net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数。如果确认连接使用很高，则容易超出限制。
vi /etc/sysctl.conf
3. 根据现场情况，增加net.ipv4.tcp_max_tw_buckets参数值的大小。
4. 执行sysctl -p命令，使配置生效。
3) Linux实例中FIN_WAIT2状态的TCP链接过多
相关参数：
l net.ipv4.tcp_fin_timeout
问题现象
FIN_WAIT2状态的TCP链接过多。
原因分析
在HTTP服务中，Server由于某种原因会主动关闭连接，例如KEEPALIVE超时的情况下。作为主动关闭连接的Server就会进入FIN_WAIT2状态。在TCP/IP协议栈中，存在半连接的概念，FIN_WAIT2状态不算超时，如果Client不关闭，FIN_WAIT2状态将保持到系统重启，越来越多的FIN_WAIT2状态会致使内核Crash。建议调小net.ipv4.tcp_fin_timeout参数的值，以便加快系统关闭处于FIN_WAIT2状态的TCP连接。
解决方法
1. 执行vi /etc/sysctl.conf命令，修改或增加以下内容。
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000
2. 执行sysctl -p命令，使配置生效。
4) Linux实例中出现大量CLOSE_WAIT状态的TCP连接
问题现象
执行以下命令，发现当前系统中处于CLOSE_WAIT状态的TCP连接非常多。
netstat -atn|grep CLOSE_WAIT|wc -l
原因分析
根据实例上的业务量判断CLOSE_WAIT数量是否超出了正常的范围。TCP连接断开时需要进行四次挥手，TCP连接的两端都可以发起关闭连接的请求，若对端发起了关闭连接，但本地没有关闭连接，那么该连接就会处于CLOSE_WAIT状态。虽然该连接已经处于半开状态，但是已经无法和对端通信，需要及时的释放该连接。建议从业务层面及时判断某个连接是否已经被对端关闭，即在程序逻辑中对连接及时关闭，并进行检查。
解决方法
编程语言中对应的读、写函数一般包含了检测CLOSE_WAIT状态的TCP连接功能，可通过执行以下命令，查看当前实例上处于CLOSE_WAIT状态的连接数。
netstat -an|grep CLOSE_WAIT|wc -l
Java语言和C语言中关闭连接的方法如下：
Java语言
1. 通过read方法来判断I/O 。当read方法返回-1时，则表示已经到达末尾。
2. 通过close方法关闭该连接。
C语言
检查read的返回值。
· 若等于0，则可以关闭该连接。
· 若小于0，则查看error，若不是AGAIN，则同样可以关闭连接。
5) 客户端配置NAT后仍无法访问ECS或RDS远端服务器
相关参数：
l net.ipv4.tcp_tw_recycle
l net.ipv4.tcp_timestamps
问题现象
客户端配置NAT后无法访问远端ECS、RDS，包括配置了SNAT的VPC中的ECS实例。同时无法访问其他ECS或RDS等云产品，抓包检测发现远端ECS和RDS对客户端发送的SYN包没有响应。
原因分析
若远端服务器的内核参数net.ipv4.tcp_tw_recycle和net.ipv4.tcp_timestamps的值都为1，则远端服务器会检查每一个报文中的时间戳（Timestamp），若Timestamp不是递增的关系，不会响应这个报文。配置NAT后，远端服务器看到来自不同客户端的源IP相同，但NAT前每一台客户端的时间可能会有偏差，报文中的Timestamp就不是递增的情况。
解决方法
远端服务器为ECS时，修改net.ipv4.tcp_tw_recycle参数为0。远端服务器为RDS等PaaS服务时。RDS无法直接修改内核参数，需要在客户端上修改net.ipv4.tcp_tw_recycle参数和net.ipv4.tcp_timestamps参数为0。
6) 存在大量处于TIME_WAIT状态的连接
相关参数：
l net.ipv4.tcp_syncookies
l net.ipv4.tcp_tw_reuse
l net.ipv4.tcp_tw_recycle
l net.ipv4.tcp_fin_timeout
问题现象
云服务器中存在大量处于TIME_WAIT状态的连接。
原因分析
首先通过调用close()发起主动关闭，在发送最后一个ACK之后会进入time_wait的状态，该发送方会保持2MSL时间之后才会回到初始状态。MSL值是数据包在网络中的最大生存时间。产生这种结果使得这个TCP连接在2MSL连接等待期间，定义这个连接的四元组（客户端IP地址和端口，服务端IP地址和端口号）不能被使用。
解决方法
通过netstat或ss命令，可以看到大量处于TIME_WAIT状态的连接。
1. 执行以下命令，查看TIME_WAIT状态的连接数量。
netstat -n | awk '/^tcp/ {++y[$NF]} END {for(w in y) print w, y[w]}'
说明：或者执行ss -tan state time-wait命令，查看TIME_WAIT连接信息。
2. 执行以下命令，编辑系统内核配置。
vi /etc/sysctl.conf
修改或加入以下内容。
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
警告：对于服务端来说，在NAT环境中，开启net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1配置可能导致校验时间戳递增，从而影响业务，不建议开启该功能。关于这四个内核参数的更多介绍，请参考以下内容：
o net.ipv4.tcp_syncookies=1：开启SYN的cookies，当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies进行处理。
o net.ipv4.tcp_tw_reuse=1：允许将TIME-WAIT的socket重新用于新的TCP连接。如果新请求的时间戳，比存储的时间戳更大，则系统将会从TIME_WAIT状态的存活连接中选取一个，重新分配给新的请求连接。
o net.ipv4.tcp_tw_recycle=1：开启TCP连接中TIME-WAIT的sockets快速回收功能。需要注意的是，该机制也依赖时间戳选项，系统默认开启tcp_timestamps机制，而当系统中的tcp_timestamps和tcp_tw_recycle机制同时开启时，会激活TCP的一种行为，即缓存每个连接最新的时间戳，若后续的请求中时间戳小于缓存的时间戳时，该请求会被视为无效，导致数据包会被丢弃。特别是作为负载均衡服务器的场景，不同客户端请求经过负载均衡服务器的转发，可能被认为是同一个连接，若客户端的时间不一致，对于后端服务器来说，会发生时间戳错乱的情况，因此会导致数据包丢失，从而影响业务。
o net.ipv4.tcp_fin_timeout=30：如果socket由服务端要求关闭，则该参数决定了保持在FIN-WAIT-2状态的时间。
3. 执行命令以下命令，使配置生效。
/sbin/sysctl -p
4. TIME_WAIT状态的连接较多时，会导致各种问题，除了直观的减少TIME_WAIT状态的连接，也可以通过扩大端口范围和对TIME_WAIT的bucket进行扩容等手段优化系统性能。
7) 问题七：服务端断开连接后客户端仍然可以看到是建立连接的
相关参数：
l net.ipv4.tcp_fin_timeout
问题现象
服务端A与客户端B建立了TCP连接，之后服务端A主动断开了连接，但是在客户端B上仍然看到连接是建立的
原因分析
通常是由于修改了服务端默认的net.ipv4.tcp_fin_timeout内核参数所致。
解决方法
1. 执行以下命令，修改配置，设置net.ipv4.tcp_fin_timeout=30。
vi /etc/sysctl.conf
2. 执行以下命令，使配置生效。
sysctl -p
8) 无法在本地网络环境通过SSH连接Linux实例
相关参数：
l net.ipv4.tcp_tw_recycle
l net.ipv4.tcp_timestamps
问题现象
无法在本地网络环境通过SSH连接Linux实例，或者访问该Linux实例上的HTTP业务出现异常。Telnet测试会被reset。
原因分析
如果您的本地网络是NAT共享方式上网，该问题可能是由于本地NAT环境和目标Linux相关内核参数配置不匹配导致。尝试通过修改目标Linux实例内核参数来解决问题。
1. 远程连接目标Linux实例。
2. 执行以下命令，查看当前配置。
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps
3. 查看上述两个配置的值是否为0，如果为1，NAT环境下的请求可能会导致上述问题。
解决方法
通过以下方式将上述参数值修改为0。
1. 执行以下命令，修改配置文件。
vi /etc/sysctl.conf
2. 添加如下内容。
net.ipv4.tcp_tw_recycle=0
net.ipv4.tcp_timestamps=0
3. 执行如下命令，使配置生效。
sysctl -p
4. 重新SSH登录实例，或者进行业务访问测试。
【内核网络参数说明】
| 参数 | 描述 |
| net.core.rmem_default | 默认的TCP数据接收窗口大小（字节）。 |
| net.core.rmem_max | 最大的TCP数据接收窗口（字节）。 |
| net.core.wmem_default | 默认的TCP数据发送窗口大小（字节）。 |
| net.core.wmem_max | 最大的TCP数据发送窗口（字节）。 |
| net.core.netdev_max_backlog | 当内核处理速度比网卡接收速度慢时，这部分多出来的包就会被保存在网卡的接收队列上，而该参数说明了这个队列的数量上限。在每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。 |
| net.core.somaxconn | 该参数定义了系统中每一个端口最大的监听队列的长度，是个全局参数。该参数和net.ipv4.tcp_max_syn_backlog有关联，后者指的是还在三次握手的半连接的上限，该参数指的是处于ESTABLISHED的数量上限。若您的ECS实例业务负载很高，则有必要调高该参数。listen(2)函数中的参数backlog 同样是指明监听的端口处于ESTABLISHED的数量上限，当backlog大于net.core.somaxconn时，以net.core.somaxconn参数为准。 |
| net.core.optmem_max | 表示每个套接字所允许的最大缓冲区的大小。 |
| net.ipv4.tcp_mem | 确定TCP栈应该如何反映内存使用，每个值的单位都是内存页（通常是4KB）。 |
| 第一个值是内存使用的下限。 | |
| 第二个值是内存压力模式开始对缓冲区使用应用压力的上限。 | |
| 第三个值是内存使用的上限。在这个层次上可以将报文丢弃，从而减少对内存的使用。对于较大的BDP可以增大这些值（其单位是内存页而不是字节）。 | |
| net.ipv4.tcp_rmem | 为自动调优定义Socket使用的内存。 |
| 第一个值是为Socket接收缓冲区分配的最少字节数。 | |
| 第二个值是默认值（该值会被rmem_default覆盖），缓冲区在系统负载不重的情况下可以增长到这个值。 | |
| 第三个值是接收缓冲区空间的最大字节数（该值会被rmem_max覆盖）。 | |
| net.ipv4.tcp_wmem | 为自动调优定义Socket使用的内存。 |
| 第一个值是为Socket发送缓冲区分配的最少字节数。 | |
| 第二个值是默认值（该值会被wmem_default覆盖），缓冲区在系统负载不重的情况下可以增长到这个值。 | |
| 第三个值是发送缓冲区空间的最大字节数（该值会被wmem_max覆盖）。 | |
| net.ipv4.tcp_keepalive_time | TCP发送keepalive探测消息的间隔时间（秒），用于确认TCP连接是否有效。 |
| net.ipv4.tcp_keepalive_intvl | 探测消息未获得响应时，重发该消息的间隔时间（秒）。 |
| net.ipv4.tcp_keepalive_probes | 在认定TCP连接失效之前，最多发送多少个keepalive探测消息。 |
| net.ipv4.tcp_sack | 启用有选择的应答（1表示启用），通过有选择地应答乱序接收到的报文来提高性能，让发送者只发送丢失的报文段，（对于广域网通信来说）这个选项应该启用，但是会增加对CPU的占用。 |
| net.ipv4.tcp_fack | 启用转发应答，可以进行有选择应答（SACK）从而减少拥塞情况的发生，这个选项也应该启用。 |
| net.ipv4.tcp_timestamps | TCP时间戳（会在TCP包头增加12B），以一种比重发超时更精确的方法（参考RFC 1323）来启用对RTT的计算，为实现更好的性能应该启用这个选项。 |
| net.ipv4.tcp_window_scaling | 启用RFC 1323定义的window scaling，要支持超过64KB的TCP窗口，必须启用该值（1表示启用），TCP窗口最大至1GB，TCP连接双方都启用时才生效。 |
| net.ipv4.tcp_syncookies | 该参数表示是否打开TCP同步标签（SYN_COOKIES），内核必须开启并编译CONFIG_SYN_COOKIES，SYN_COOKIES可以防止一个套接字在有过多试图连接到达时，引起过载。默认值0表示关闭。 |
| 当该参数被设置为1，且SYN_RECV队列满了之后，内核会对SYN包的回复做一定的修改，即在响应的SYN+ACK包中，初始的序列号是由源IP+Port、目的IP+Port及时间这五个参数共同计算出一个值组成精心组装的TCP包。由于ACK包中确认的序列号并不是之前计算出的值，恶意攻击者无法响应或误判，而请求者会根据收到的SYN+ACK包做正确的响应。启用net.ipv4.tcp_syncookies后，会忽略net.ipv4.tcp_max_syn_backlog。 | |
| net.ipv4.tcp_tw_reuse | 表示是否允许将处于TIME-WAIT状态的Socket（TIME-WAIT的端口）用于新的TCP连接。 |
| net.ipv4.tcp_tw_recycle | 能够更快地回收TIME-WAIT套接字。 |
| net.ipv4.tcp_fin_timeout | 对于本端断开的Socket连接，TCP保持在FIN-WAIT-2状态的时间（秒）。对方可能会断开连接或一直不结束连接或不可预料的进程死亡。 |
| net.ipv4.ip_local_port_range | 表示TCP/UDP协议允许使用的本地端口号。 |
| net.ipv4.tcp_max_syn_backlog | 该参数决定了系统中处于SYN_RECV状态的TCP连接数量。SYN_RECV状态指的是当系统收到SYN后，作为SYN+ACK响应后等待对方回复三次握手阶段中的最后一个ACK的阶段。对于还未获得对方确认的连接请求，可保存在队列中的最大数目。如果服务器经常出现过载，可以尝试增加这个数字。默认为1024。 |
| net.ipv4.tcp_low_latency | 允许TCP/IP栈适应在高吞吐量情况下低延时的情况，这个选项应该禁用。 |
| net.ipv4.tcp_westwood | 启用发送者端的拥塞控制算法，它可以维护对吞吐量的评估，并试图对带宽的整体利用情况进行优化，对于WAN通信来说应该启用这个选项。 |
| net.ipv4.tcp_bic | 为快速长距离网络启用Binary Increase Congestion，这样可以更好地利用以GB速度进行操作的链接，对于WAN通信应该启用这个选项。 |
| net.ipv4.tcp_max_tw_buckets | 该参数设置系统的TIME_WAIT的数量，如果超过默认值则会被立即清除。默认为180000。 |
| net.ipv4.tcp_synack_retries | 指明了处于SYN_RECV状态时重传SYN+ACK包的次数。 |
| net.ipv4.tcp_abort_on_overflow | 设置该参数为1时，当系统在短时间内收到了大量的请求，而相关的应用程序未能处理时，就会发送Reset包直接终止这些链接。建议通过优化应用程序的效率来提高处理能力，而不是简单地Reset。默认值为0。 |
| net.ipv4.route.max_size | 内核所允许的最大路由数目。 |
| net.ipv4.ip_forward | 接口间转发报文。 |
| net.ipv4.ip_default_ttl | 报文可以经过的最大跳数。 |
| net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established | 在指定之间内，已经建立的连接如果没有活动，则通过iptables进行清除。 |
| net.netfilter.nf_conntrack_max | 哈希表项最大值。 |
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