一、问题描述

负载均衡网关（如LVS）配置FULLNAT模式时，使用wrk进行短连接测试，用于测试负载均衡网关的稳定性和每秒新建连接数。但是在测试的过程中发现了一个奇怪的现象：首次使用wrk进行压测时正常，多次使用wrk打流量后报错显示wrk: connect(): Cannot assign requested address。我们wrk压测命令如下：

#! /bin/bash

ulimit -n 819200
ulimit -i 819200

sysctl -w net.core.somaxconn=65535
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1025    65535"
sysctl -w net.ipv4.tcp_timestamps=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=1
sysctl -w net.ipv4.tcp_fin_timeout=1
sysctl -w net.netfilter.nf_conntrack_max=2097152
sysctl -w fs.file-max=1622794

while true; do
	./wrk -t16 -c20000 -d300 -H "Connection: Close" http://172.16.0.123:60000 &
done
# 多打几次流量后，给出报错信息
wrk: connect(): Cannot assign requested address

这就给测试人员一个奇怪的错觉，你的负载均衡网关是不是在短连接情况下很快耗尽客户端的端口，你的网关在短连接大并发下会出问题！

二、问题定位

2.1 FULLNAT下客户端端口重用失败

我们使用wrk短连接压测虚拟服务，端口占用48000左右。直接用wrk压测真实服务，端口占用在31000左右。统计客户端端口占用情况如下，VPORT=60000; netstat -ntp | grep $VPORT | wc -l，初步判断是客户端tcp_tw_reuse配置失效，没有重用端口。

那么问题来了，为什么客户端没有重用端口呢？这时我们使用wrk压测转发模式为NAT的虚拟服务，客户端tcp_tw_reuse生效了，并没有出现上述问题。那么我们排查问题的思路就变成了NAT模式和FULLNAT模式的转发区别了。

2.2 FULLNAT模式和NAT模式的区别

FULLNAT模式是由阿里开源的LVS提出的，用于解决NAT模式下真实服务和负载均衡器必须在同一个局域网的问题。由于FULLNAT使用了本地地址池，所以与NAT模式不通，FULLNAT模式下真实服务并不能得到客户端的真实IP。可以使用TOA、UOA等方式拿到客户端真实IP，本文并不详细讨论。

通过查看代码，我们发现FULLNAT模式相比较于NAT模式，在转发时去除了TCP的timestamp选项。这是因为不通的客户端连接时使用不通的时间戳选项，但是可能使用相同本地地址，如果不禁用时间戳选项，就会造成错误。

由此继续猜测，内核中TCP时间戳选项tcp_timestamps和端口重用选项tcp_tw_reuse是否相互影响？

2.3 tcp_timestamps与tcp_tw_reuse的关系

通过查看以下两篇博客，使能TCP端口重用必须开启TCP的时间错选项！ 那么上述问题就可以说清楚了，因为FULLNAT禁用了时间戳选项，才导致了客户端无法重用端口。

文章链接：那些与TIME_WAIT有关的参数 此篇博客中关闭了tcp_timestamps选项，开启tcp_tw_reuse选项，在缩小端口范围后，很快出现与本文相同的错误信息Cannot assign requested address。作者还通过分析内核代码，发现tcp_tw_reuse需要等到最近一次时间戳一秒后，才快速重用TIME_WAIT状态的端口。

文章链接：好朋友 TIME_WAIT 此篇文章指出了为什么TCP端口重用必须开启TCP的时间错选项？使用 tcp_tw_reuse 跳过了 TIME_WAIT 阶段后，timestamp 时间戳选项可以防止旧连接的延迟报文段。当新连接建立后，时间戳更新为最新的时间，当延迟的报文段到达后，其时间戳是小于当前连接的最近有效时间戳的。这个时候 TCP 就可以将这个报文段直接丢弃了。
TCP 的四次挥手，只有主动断开连接的一方才会进入 TIME_WAIT 状态，并且只有重新发起连接的时候才会重用具有相同四元组的处于 TIME_WAIT 状态的 socket。这也就是说： tcp_tw_reuse 这个参数只对主动发起连接的客户端才奏效，只适用于 outbound 连接！

总结：还是需要扎实的网络功能，才能避免测试给你扣帽子 ( ╯□╰ )