#夏日挑战赛# Flannel HOST-GW 跨节点通信 原创 精华

发布于 2022-7-4 19:03
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安装部署

使用 host-gw 通过远程机器 IP 创建到子网的 IP 路由。需要运行 flannel 的主机之间的二层互联。
Host-gw 是通过二层互联,利用了linux kernel 的 FORWARD 特性,报文不经过额外的封装和 NAT,所以提供了良好的性能、很少的依赖关系和简单的设置。

部署 host-gw 模式,只需要将 "Type": "vxlan" 更换为 "Type": "host-gw"

wget https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

sed -i "s/vxlan/host-gw/g" kube-flannel.yml

跨节点通信

[root@master ~]# kubectl create deployment cni-test --image=burlyluo/nettoolbox --replicas=2
[root@master ~]# kubectl get pod -o wide 
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE              NOMINATED NODE   READINESS GATES
cni-test-777bbd57c8-7jxzs   1/1     Running   0          2m36s   10.244.1.4   node1.whale.com   <none>           <none>
cni-test-777bbd57c8-xb2pp   1/1     Running   0          2m36s   10.244.2.2   node2.whale.com   <none>           <none>

pod1 和 veth 网卡的信息

[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-7jxzs -- ethtool -S eth0
NIC statistics:
     peer_ifindex: 7
     rx_queue_0_xdp_packets: 0
     rx_queue_0_xdp_bytes: 0
     rx_queue_0_xdp_drops: 0
[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-7jxzs -- ifconfig eth0
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 7A:0B:D4:4C:C5:68  
          inet addr:10.244.1.4  Bcast:10.244.1.255  Mask:255.255.255.0
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:6 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:1 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
          RX bytes:488 (488.0 B)  TX bytes:42 (42.0 B)
[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-7jxzs -- route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         10.244.1.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
10.244.0.0      10.244.1.1      255.255.0.0     UG    0      0        0 eth0
10.244.1.0      0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0

[root@node1 ~]# ip link show | grep ^7
7: veth5c905d55@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master cni0 state UP mode DEFAULT group default 
[root@node1 ~]# ip link show veth5c905d55
7: veth5c905d55@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master cni0 state UP mode DEFAULT group default 
    link/ether 9e:1e:ab:74:dc:ac brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 2
[root@node1 ~]# ifconfig cni0
cni0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.244.1.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.244.1.255
        inet6 fe80::5cc1:b9ff:fea7:b856  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 5e:c1:b9:a7:b8:56  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 13811  bytes 1120995 (1.0 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 13789  bytes 1285224 (1.2 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
[root@node1 ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.0.1     0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
10.244.0.0      192.168.0.80    255.255.255.0   UG    0      0        0 ens33
10.244.1.0      0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 cni0
10.244.2.0      192.168.0.82    255.255.255.0   UG    0      0        0 ens33
172.17.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 docker0
192.168.0.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33

pod2 和 veth 网卡的信息

[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-xb2pp -- ethtool -S eth0
NIC statistics:
     peer_ifindex: 5
     rx_queue_0_xdp_packets: 0
     rx_queue_0_xdp_bytes: 0
     rx_queue_0_xdp_drops: 0
[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-xb2pp -- ifconfig eth0
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 32:00:56:84:0A:28  
          inet addr:10.244.2.2  Bcast:10.244.2.255  Mask:255.255.255.0
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:13 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:1 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
          RX bytes:1178 (1.1 KiB)  TX bytes:42 (42.0 B)
[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-xb2pp -- route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         10.244.2.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
10.244.0.0      10.244.2.1      255.255.0.0     UG    0      0        0 eth0
10.244.2.0      0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0

[root@node2 ~]# ip link show | grep ^5
5: vethb2d98351@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master cni0 state UP mode DEFAULT group default 
[root@node2 ~]# ip link show vethb2d98351
5: vethb2d98351@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master cni0 state UP mode DEFAULT group default 
    link/ether fa:c9:75:b6:e8:44 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
[root@node2 ~]# ifconfig cni0
cni0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.244.2.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.244.2.255
        inet6 fe80::98ef:f5ff:fe1f:3ef6  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 9a:ef:f5:1f:3e:f6  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 4  bytes 168 (168.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 12  bytes 1036 (1.0 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
[root@node2 ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.0.1     0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
10.244.0.0      192.168.0.80    255.255.255.0   UG    0      0        0 ens33
10.244.1.0      192.168.0.81    255.255.255.0   UG    0      0        0 ens33
10.244.2.0      0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 cni0
172.17.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 docker0
192.168.0.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33

跨节点通信数据流向图

host-gateway 的模式的报文没有经过任何封装,而是通过宿主机路由的方式,直接指向到目的pod 所在的node 的ip地址为网关,所以这也是为什么 host-gw模式 要求要二层网络互通,因为网关是二层的出口,如果不在同一个二层,网关的地址就不可能通过二层的方式找到,就没有办法通过路由的方式找到目的地址。
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抓包演示

还是和 vxlan 模式一样,我们只针对于 pod eth0 网卡抓包,然后通过宿主机的路由表查看数据流量。
pod1 10.244.1.4 node1
pod2 10.244.2.2 node2

[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-7jxzs -- ping -c 1 10.244.2.2 

pod1.cap

[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-7jxzs -- tcpdump -pne -i eth0 -w pod1.cap

pod2 属于不同的网段,所以就需要查看 pod 内部的路由表,走如下图所示这条交换路由
而 pod 对端的网卡是桥接到 cni0 网桥上,所以网关地址就是 cni0 网桥的地址。
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学习到网关的 MAC 地址后,封装报文
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node1.cap

[root@node1 ~]# tcpdump -pne -i ens33 -w node1.cap

在node1 的路由表中,我们看到目的地址为 10.244.2.0/24 网段的网关就是 node2 的ip 地址,所以通过路由转发的形式(net.ipv4.ip_forward = 1),发送到目的地址。
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通过查看报文,也是并没有更改源目的的 IP地址。
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node2.cap

[root@node2 ~]# tcpdump -pne -i ens33 -w node2.cap

node2 节点的解封装过程就和 node1 封装过程一样,通过路由表,将报文转发到 cni0 网桥上,pod2 对端的veth 网卡就是 cni0网桥(虚拟交换机) 的接口,所以可以直接将报文发送到 pod2 对端的veth 网卡,然后发送给pod2.
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pod2.cap

[root@master ~]# kubectl exec -it cni-test-777bbd57c8-xb2pp -- tcpdump -pne -i eth0 -w pod2.cap

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