Estou assumindo que você já elevou seu nível de registro de erro Nginx para depuração. Se não, comece por aí.
Sua melhor aposta provavelmente será usar strace
para visualizar as chamadas do sistema feitas pelo Nginx. Em particular, você vai querer prestar atenção a connect()
de chamadas, e fique de olho nos códigos de retorno destes ( man 2 connect
pode ser seu amigo aqui).
Depois de obter essas informações, você poderá adivinhar melhor se o problema está restrito ao seu proxy de frontend ou se tem algo a ver com as interações entre o proxy e o servidor de aplicativos de back-end.