聊聊如何让办公网络直连Kubernetes集群PodIP/ClusterIP/Service DNS等

想象一下,如果您日常使用的研发测试Kubernetes集群,能够有以下效果:

  • 在办公网络下直接访问Pod IP
  • 在办公网络下直接访问Service Cluster IP
  • 在办公网络下直接访问集群内部域名,类似 service.namespace.svc.cluster.local

会不会很方便,很优雅?

笔者近期就给内部的一个新集群做过类似的调整,特此分享一些心得。

PS: 这里的 直接访问/直连 指的是不借助Ingress/hostnetwork:true/NodePort等常规方式,直接访问k8s内部IP or DNS,起到 网络拉平 的效果。

先决条件 – 三层路由方案

办公网段跟Kubernetes集群大概率是不同的网段,所以要想打通最自然的想法是依赖路由。相应的,Kubernetes 跨主机网络方案,我们最好也选择三层路由方案或者Host-GW,而非Overlay,不然数据包在封包解包过程中可能会失去路由方向。

我们的集群选用的是Calico,且关闭了 IPIP 模式。具体的IPPool配置如下:

-> calicoctl get IPPool -o yaml
apiVersion: projectcalico.org/v3
items:
- apiVersion: projectcalico.org/v3
  kind: IPPool
  metadata:
    name: default-pool
  spec:
    blockSize: 24
    cidr: 10.233.64.0/18
    # 关闭IPIP模式
    ipipMode: Never
    natOutgoing: true
    nodeSelector: all()
    vxlanMode: Never
kind: IPPoolList

Calico RR(Route Reflectors)or Full-Mesh 模式?

网上的很多类似教程,上来都会引导大家先把集群改为RR模式,其实这不是必须的。大家可以思考下,RR模式解决的问题是什么?是为了防止所有节点间都做BGP连接交换,浪费资源。但如果你的集群很小, 且已经是按Full Mesh模式部署了,到也没必要非得改为RR模式。Full Mesh下所有的节点都是类似RR节点的效果,所以如果我们想选择作为 BGPPeer交换的节点,选择任意节点就行。 比如,笔者的集群就选择了Ingress所在的节点,作为BGPPeer。

~ calicoctl get BGPPeer -o yaml
apiVersion: projectcalico.org/v3
items:
- apiVersion: projectcalico.org/v3
  kind: BGPPeer
  metadata:
    name: peer-switch
  spec:
  	# 交换机配置
    asNumber: 65200
    peerIP: 10.200.20.254
    # 这个label是Ingress节点特有的
    nodeSelector: node-role.kubernetes.io/ingress == 'ingress'
kind: BGPPeerList

从集群外部访问Pod IP vs 从集群内部访问?

这个问题很关键,如果我们想从外部直接访问到集群内部的Pod IP,那么首先需要搞清楚集群内的节点是如何畅通访问的。

以下面的节点为例,我们来看它的路由信息:

~ ip r
# 默认路由
default via 10.200.20.21 dev bond0 onlink
# 宿主机数据包路由
10.200.20.0/24 dev bond0 proto kernel scope link src 10.200.20.105
# 黑洞,防止成环
blackhole 10.233.98.0/24 proto bird
# 目的地址是10.233.98.3的数据包,走cali9832424c93e网卡
10.233.98.3 dev cali9832424c93e scope link
# 目的地址是10.233.98.4的数据包,走cali4f5c6d27f17网卡
10.233.98.4 dev cali4f5c6d27f17 scope link
# 目的地址是10.233.98.8的数据包,走cali8f10abc672f网卡
10.233.98.8 dev cali8f10abc672f scope link
# 目的地址是10.233.110.0/24网段的数据包,从bond0网卡出到下一跳10.200.20.107上
10.233.110.0/24 via 10.200.20.107 dev bond0 proto bird
# 目的地址是10.233.112.0/24网段的数据包,从bond0网卡出到下一跳10.200.20.106上
10.233.112.0/24 via 10.200.20.106 dev bond0 proto bird
# 目的地址是10.233.115.0/24网段的数据包,从bond0网卡出到下一跳10.200.20.108上
10.233.115.0/24 via 10.200.20.108 dev bond0 proto bird

相信看了笔者的注释,大家应该很容易了解到以下信息:

  • 这台宿主机IP是10.200.20.105,集群内其他的宿主机还有10.200.20.106, 10.200.20.107, 10.200.20.108等
  • 主机10.200.20.105上的Pod IP段是10.233.98.0/24, 10.200.20.106上是10.233.112.0/24,10.200.20.107上是10.233.110.0/24
  • 目的地址是10.233.98.3的数据包走cali9832424c93e网卡,目的地址10.233.98.4的数据包走cali4f5c6d27f17网卡等

而这些信息实际解答了,容器数据包的 出和入 这个关键问题:

  • 比如想访问Pod IP为10.233.110.7的容器,宿主机自然知道下一跳是10.200.20.107上
  • 比如接收到了目的地址是10.233.98.8的数据包,宿主机自然也知道要把这个包交给cali8f10abc672f网卡。而这个网卡是veth pair设备的一端,另一端必然在目标Pod里

那这些路由信息是哪里来的呢?自然是Calico借助BGP的能力实现的。我们进一步想,如果外部节点也有这些信息,是不是也就自然知道了Pod IP在哪里了? 答案确实如此,其实总结基于Calico的网络打平方案,核心原理就是 通过BGP能力,将集群路由信息广播给外部。

而在具体的配置上,就比较简单了,只需要在两端配置好BGP Peer即可。

  • 先是集群这一侧,前面笔者已给出:

    ~ calicoctl get BGPPeer -o yaml
    apiVersion: projectcalico.org/v3
    items:
    - apiVersion: projectcalico.org/v3
      kind: BGPPeer
      metadata:
        name: peer-switch
      spec:
      	# 交换机配置
        asNumber: 65200
        peerIP: 10.200.20.254
        # 这个label就是Ingress节点特有的
        nodeSelector: node-role.kubernetes.io/ingress == 'ingress'
    kind: BGPPeerList
    
  • 再就是外部,一般是交换机,使用类似下面的命令:

    [SwitchC] bgp 64513       # 这是k8s集群的ASN
    [SwitchC-bgp] peer 10.200.20.107 as-number 64513
    [SwitchC-bgp] peer 10.200.20.108 as-number 64513
    

    PS: 具体的交换机操作方式可以参考各品牌交换机官方文档

到这里,基本上我们已经打通了外部直接访问Pod IP的能力。当然,如果您的办公网络到交换机这一侧还有多个网关,您还需要在这些网关上设置合适的路由才行。

为什么 Service Cluster IP 还不能访问?

也许这时候您会发现,可以直连Pod IP,但 Cluster IP不可以,这是为什么呢?原来,默认情况Calico并没有广播Service IP,您可以在交换机这一侧通过查看交换过来的IP段来确认这一点。

PS: 您是否注意到,k8s主机节点上也没有service的ip路由,但为啥在集群内部访问service没有问题呢?

解决方案也简单,只要打开相关的设置即可, 类似如下:


~ calicoctl get bgpconfig default -o yaml
apiVersion: projectcalico.org/v3
kind: BGPConfiguration
metadata:
  name: default
spec:
  asNumber: 64513
  listenPort: 179
  logSeverityScreen: Info
  nodeToNodeMeshEnabled: true
  # 这就是需要广播的service cluster IP 段
  serviceClusterIPs:
  - cidr: 10.233.0.0/18

打通内网DNS,直接访问Service域名

直连IP虽然方便,但有时若想记住某服务的具体IP却不是那么容易。所以,我们将K8s内部的DNS域名也暴漏出来了,类似下面:

<service>.<namespaces>.svc.cluster.local

而这块的设置也相对简单,一般企业都有内网DNS,只需要添加相应解析到K8s内部DNS Server即可。

总结

其实若想打造一个好用的研发测试集群,有很多的细节需要处理,笔者后续也会继续分享类似的经验,希望对大家有用。

参考链接

    原文作者:大卡尔
    原文地址: https://www.cnblogs.com/jinsdu/p/16916779.html
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
点赞