干货:如何跨过使用Docker网络解决方案Weave遇到的“坑”?


前言

Weave作为Docker(一个开源的应用容器引擎)跨主机集群网络解决方案的一种,可以用于连接部署在多台主机上的Docker容器,使用网络的应用程序不必去配置端口映射、链接等信息。另外,Weave的通信支持加密,用户可以从一个不受信任的网络连接到主机。

Weave在控制层和Calico类似,在数据层通过UDP封装实现L2 overlay。Weave在1.2 版本之前都是通过usersapce实现,在Weave-1.2版本之后,Weave结合了内核Open vSwitch模块,实现了Open vSwitch datapath(ODP)功能,结合kernel的vxlan特性,在网络性能上有较大提升。

由于ODP功能与内核相关模块结合较为紧密,因此在实际使用中可能会遇到一些与内核相关的“坑”。本文描述的这两个问题都跟内核有关系。

坑一:使用Weave FastDb造成虚拟机网络中断

问题描述

在Weave的1.2版本之后,考虑到原先sleeve模式网络性能较差,故增加FastDb模式,该模式也成为Weave启动时的默认模式。在FastDb模式中使用了kernel中的Open vSwitch模块,做报文封装时使用vxlan协议。在使用qemu-kvm创建的云主机上,如果安装centos7.0,内核版本为kernel-3.10.123,那么在启动Weave并使用FastDb模式时,会造成virtio_net虚拟网卡无法发送数据,进而导致整个虚拟机的网络中断。

问题分析

导致网络断开的原因是由于触发了内核的一个bug,该内核bug的commit链接地址:https://git.kernel.org/cgit/li ... e4ad7 (网址过长,可输入http://t.cn/Ro53BsH 查看)
触发该bug主要是因为Weave在初始化时会发送一个60000字节的UDP数据包进行PMTU探测,并且 Weave发送使用的套接字为raw socket,导致virtio_net使用的内存被污染,具体表现就是无法通知到宿主机上vhost获取数据,在接口上看到发送报文的计数始终不会增加。

该问题不是只有Weave才能触发,用普通应用程序建立socket时使用raw socket,并且发送的数据大于接口的MTU值,接口的UFO功能是打开的,这些情况下都极有可能触发该问题,造成网络中断。

请输入图片名称
(图1:FastDb模式的数据流原理)

解决方法

1)升级内核,保证内核版本大于等于3.13;
2)关闭虚拟机网卡的ufo特性;
3)centos7.1的kernel-3.10.229内核已经修复了该问题。

请输入图片名称
(图2:guest通知vhost读取数据流程)

坑二:Weave无法使用FastDb模式

问题描述

在内核版本CentOS Linux (3.10.0-327.10.1.el7.x86_64) 7 (Core)上 ,Weave版本大于1.2,如果云主机的MTU值为1450或者小于1474,Weave启动时无法正常选择Fast Data Path模式。在Weave启动后一直选择sleeve模式,本应该默认模式为FastDb,该问题也和内核的版本相关。

问题分析

Weave的Fast Data Path路径使用到ODP技术,也就是内核中的OVS模块,在Container中直接发送数据包到ovs模块。在启动Weave时,会自动选择使用sleeve模式还是FastDb模式,这里通过发送心跳包来决定。出现该问题时,在云主机通过Docker logs Weave日志可以看到出错信息:FastDb timed out waiting for vxlan heartbeat。

heartbeat数据包是一个UDP包,目的端口号为6784,在某些云主机上接口的MTU值为1454,但在发送UDP的heartbeat数据包时,发送的是1474字节,这样就会对报文在IP层进行分片,而在主机上发现心跳报文发送不出去,当MTU的值修改为1500后,就可以发送出去。

在MTU为1454的情况下,会出现下面的ICMP错误报文。
请输入图片名称
(图3: 出现的错误ICMP报文)

上面出现错误的ICMP报文是内核中的ip_fragment函数调用ICMP_send函数发送的,

if (unlikely(((iph->frag_off & htons(IP_DF)) && !skb->ignore_df) ||
(IPCB(skb)->frag_max_size &&
IPCB(skb)->frag_max_size > mtu))) {
IP_INC_STATS(dev_net(dev), IPSTATS_MIB_FRAGFAILS);
ICMP_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH, ICMP_FRAG_NEEDED,
htonl(mtu));
kfree_skb(skb);
return -EMSGSIZE;
}

通过上述代码可以看出,如果出现错误ICMP报文,下面的判断条件iph->frag_off & htons(IP_DF)) && !skb->ignore_df 需要成立。通过对抓取的报文分析可知iph->frag_off & htons(IP_DF))的值为真,那么skb->ignore_df值需要为0,而此处的关键在于skb->ignore_df的值是何时赋值为0的。

通过分析Weave发送心跳包的流程可知,在vxlan_tnl_send函数中,对skb->ignore_df赋值为1,最后调用tunnel的发送函数iptunnel_xmit时,调用了skb_scrub_packet函数,在该函数中又重新对skb->ignore_df赋值为0(kernel版本为:3.10.0-327.el7),造成后续发送报文时,ICMP目的不可达,并且错误码为ICMP_FRAG_NEEDED的报文。

void skb_scrub_packet(struct sk_buff *skb, bool xnet)
{
skb->tstamp.tv64 = 0;
skb->pkt_type = PACKET_HOST;
skb->skb_iif = 0;
skb->ignore_df = 0;
skb_dst_drop(skb);
secpath_reset(skb);
nf_reset(skb);
nf_reset_trace(skb);
if (!xnet)
return;
skb_orphan(skb);
skb->mark = 0;
}

上面代码是centos7的3.10.0-327.el7,而在一些旧内核版本3.10.0-123.el7上,iptunnel_xmit调用的是secpath_reset(skb)函数,该函数并没有对skb->local_df(低版本内核使用local_df)进行重新初始化,也就是skb->local_df值仍旧为1,因此在该版本上不会出现上述问题。

static inline void
secpath_reset(struct sk_buff *skb)
{

ifdef CONFIG_XFRM

secpath_put(skb->sp);
skb->sp = NULL;

endif


}

请输入图片名称
(图4:内核版本不同造成设置不同)

虽然新的内核版本中存在该问题,不过内核本身没有问题,还是Weave用户态管理datapath程序与内核适配上出现问题(它并不是使用ovs-switchd),在OVS中对tunnel类型可以设置为df_default=false进行分片。

解决方法

保证接口的MTU值为默认为1500。

总结

Weave的ODP功能使用了内核特性,在使用Weave的FastDb功能时遇到上述两个问题都与内核密切相关。通过对内核层分析,可以定位到问题的根本原因,所以后续遇到类似问题时,可以多从内核角度进行考虑。

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