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一台工控机连不上外网,我用抓包找到了真正的原因

从 ping 不通开始,用 tcpdump 抓包、Wireshark 分析,最后定位到一个 MTU 相关的配置问题。

机房里有一台旧工控机,装的是 Debian,跑着一个小采集程序。

它需要把采集到的数据发到公网的一台服务器上。局域网内一切正常,能 ping 通网关,能访问内网的其他机器。但一访问公网就出问题。

现象很奇怪。ping 8.8.8.8 能通,延迟正常。但 curl https://api.example.com 就卡住,一直转圈,最后超时。

能 ping 通说明网络层是好的。curl 不行说明问题在更上层。这种"一半通一半不通"的情况,光看配置文件是找不出来的,得抓包。

先做基本检查

动手抓包之前,先把能排除的排掉。

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ip addr show
ip route show
cat /etc/resolv.conf

IP 是 192.168.10.55/24,网关 192.168.10.1,路由表里有默认路由指向网关。DNS 是 223.5.5.5。

再看 DNS 能不能解析:

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dig api.example.com

能解析出 IP。那问题不在 DNS。

试一下 TCP 能不能连:

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nc -zv api.example.com 443

卡住,最后超时。

到这一步基本确定,是 TCP 握手的问题。要么是 SYN 发出去了没回来,要么是回来了但被丢了。

抓包

工控机上装 tcpdump:

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sudo apt install tcpdump

开始抓:

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sudo tcpdump -i eth0 -n -s 0 -w /tmp/capture.pcap 'host api.example.com'

参数说明。

-i eth0 指定网卡。用 ip addr 确认是哪个。

-n 不做 DNS 反解,避免抓包的时候卡在解析上。

-s 0 是抓完整的包,不截断。默认只抓 262 字节,分析 TLS 的时候不够用。

-w 写到文件,方便后面用 Wireshark 分析。

最后那个 'host api.example.com' 是过滤表达式。不加的话会抓到所有流量,文件很快变大。

抓的同时在另一个窗口跑 nc -zv api.example.com 443,然后 Ctrl+C 停掉抓包。

用 Wireshark 打开

把 pcap 文件下载到本地,用 Wireshark 打开。

我一般先用这个过滤器:

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tcp.flags.syn == 1

只看 SYN 包。能看到发了几个 SYN,有没有收到 SYN-ACK。

结果是这样:

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No.  Time      Source          Destination     Info
1    0.000000  192.168.10.55   203.0.113.5     443 → 52134 [SYN] Seq=0
2    1.002341  192.168.10.55   203.0.113.5     443 → 52134 [SYN] Seq=0
3    2.004891  192.168.10.55   203.0.113.5     443 → 52134 [SYN] Seq=0

三个 SYN,间隔一秒,没有收到任何 SYN-ACK。这是典型的"对面没收到"或者"对面收到了但回复回不来"。

换一个角度验证

既然 ping 能通,说明 ICMP 是双向的。那为什么 TCP 不行。

用 traceroute 看看路径:

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traceroute -T -p 443 api.example.com

-T 是用 TCP SYN 探测,-p 443 指定端口。普通的 traceroute 用 UDP 或者 ICMP,可能和实际情况不一样。

结果:

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 1  192.168.10.1      0.5 ms
 2  100.64.0.1        3.2 ms
 3  10.0.0.1           5.8 ms
 4  * * *
 5  * * *
...

到第三跳之后就全是星号。但 ping 是通的,这就矛盾了。

想到 MTU

这里我突然想起一个可能性。

ping 的包很小,默认 56 字节,加上头部也就 84 字节。而 TLS 握手的时候,客户端会发一个 ClientHello,这个包通常有一千多字节。

如果路径上的 MTU 有问题,小包能过,大包过不去。

验证一下:

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ping -M do -s 1472 8.8.8.8

-M do 是禁止分片,-s 1472 是数据部分 1472 字节,加上 ICMP 头部 8 字节和 IP 头部 20 字节,正好是 1500。

如果通,说明 MTU 是 1500。

如果不通,报 Frag needed and DF set,说明路径上的 MTU 小于 1500。

我测出来是不通,一直降到了 -s 1400 才通。也就是说实际的路径 MTU 在 1428 左右。

为什么会这样

工控机所在的那个网段,中间经过了一个 VPN 隧道。VPN 封装会增加额外的头部,导致实际可用的 MTU 变小。

正常情况这不该有问题。TCP 有路径 MTU 发现机制(PMTUD),它会探测路径上最小的 MTU,然后按那个大小发包。

但 PMTUD 依赖 ICMP 的 “Fragmentation Needed” 消息。如果中间有防火墙把这类 ICMP 消息拦了,PMTUD 就失效了。

失效之后,TCP 会用默认的 MSS 发大包,包被丢弃,但发送方不知道,就一直重传,最后超时。

这就能解释为什么 ping 通但 TCP 不通了。ping 的包小,不受影响。

确认

回到 Wireshark,看抓到的包里 TCP 的 MSS 值。

打开一个 SYN 包,展开 TCP 层,找 Options,里面有一项 Maximum segment size。

我抓到的值是 1460,这是 1500 MTU 下的标准值。

但实际路径 MTU 是 1428,那么 MSS 应该是 1388。

所以每次发出去的数据包都超过路径 MTU,被中间设备丢弃,而且没有 ICMP 反馈回来。

再看有没有重传:

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tcp.analysis.retransmission

这个过滤器能看到所有重传的包。果然有一堆。

解决

有两个办法。

一个是在工控机上手动把 MTU 调小:

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sudo ip link set dev eth0 mtu 1400

立刻生效,但重启会丢。要持久化得写进网络配置。

Debian 12 用 systemd-networkd 或者 NetworkManager,看用的是哪个。

如果是 NetworkManager:

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nmcli connection modify "Wired connection 1" 802-3-ethernet.mtu 1400
nmcli connection up "Wired connection 1"

如果是 systemd-networkd,在 .network 文件里加:

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2
[Link]
MTUBytes=1400

另一个办法是在防火墙上放行 ICMP 的 fragmentation-needed 消息。这个是治本的,因为 PMTUD 恢复之后,系统会自己找到正确的 MSS。

但很多时候你控制不了中间的防火墙。所以我两个都做了,MTU 调小是兜底。

关于 MSS clamping

还有一个更精细的做法,叫 MSS clamping。它是在路由器上改 TCP 握手时的 MSS 值,让双方按更小的包来发。

Linux 上:

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iptables -t mangle -A FORWARD -p tcp --tcp-flags SYN,RST SYN \
  -j TCPMSS --clamp-mss-to-pmtu

--clamp-mss-to-pmtu 会自动按当前路径的 MTU 算。也可以用 --set-mss 1388 写死。

这个一般配在路由器或者 VPN 网关上,因为它需要看到所有经过的 TCP 握手。

我用的是 OpenWrt 的路由器,在防火墙的自定义规则里加了这一条。加了之后,整个局域网里所有走 VPN 的设备都不会再有这个问题。

抓包的一些技巧

tcpdump 的过滤表达式很强大,用熟了能省很多时间。

只看某个端口:

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tcpdump -i eth0 -n 'port 443'

只看某个方向:

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tcpdump -i eth0 -n 'src host 192.168.10.55 and dst port 443'

看 HTTP 的内容(明文才有效):

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tcpdump -i eth0 -n -A 'port 80'

-A 是以 ASCII 显示内容。看 TLS 的话只能看到加密后的乱码,但能看到握手的结构。

抓包的时候加 -c 限制数量,避免文件太大:

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tcpdump -i eth0 -n -c 1000 -w /tmp/capture.pcap

还有 -tttt 让时间戳带上日期,方便对照日志。

Wireshark 的几个好用功能

Statistics -> Flow Graph 能把整个 TCP 会话画成时序图,一眼就能看出谁先发了什么、哪里断了。

Statistics -> Conversations 能看到每个会话的流量统计,找出谁在占带宽。

Analyze -> Expert Information 会把所有异常标出来,包括重传、乱序、窗口满、连接重置。这个功能新手特别友好,不用自己一条条看。

Follow -> TCP Stream 能把一个会话的完整内容拼出来。分析 HTTP 的时候很有用。

后来

MTU 调成 1400 之后,curl 立刻通了。

但这件事让我意识到,那台工控机所在的网段一直有这个隐患,只是之前跑的服务都是小包交互,没暴露出来。

后来我在路由器上加了 MSS clamping,又把整个局域网的 MTU 统一调到了 1400。虽然理论上 1500 更好,但实际用起来,1400 能避免很多莫名其妙的问题。

这个经验在后来配 Tailscale 的时候又用上了。Tailscale 的默认 MTU 是 1280,就是因为它知道自己会被封装在各种网络里,留了足够的余量。

一点感受

网络问题最麻烦的地方是,它不报错。

CPU 满了会有告警,磁盘满了会有告警,内存泄漏能看到曲线。但一个包被悄悄丢掉,什么都不会说。你只能看到"连不上",然后自己去猜。

抓包是唯一能让你看到真相的手段。它不依赖任何日志,不依赖任何配置,就是实实在在地记录网卡上流过了什么。

学会用 tcpdump 和 Wireshark,是我这几年在运维上最值的一件事。

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