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最近我一直在研究 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)。我注意到一件事情就是，雖然關(guān)于如何設(shè)置 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)的文章很多，也寫(xiě)得很不錯(cuò)，但是卻沒(méi)有看到關(guān)于如何去運(yùn)維 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)的文章、以及如何完全確保它不會(huì)給你造成生產(chǎn)事故。

在本文中，我將盡力讓你相信三件事情（我覺(jué)得這些都很合理 :)）：

• 避免生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中斷非常重要

• 運(yùn)維聯(lián)網(wǎng)軟件是很難的

• 有關(guān)你的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要變化值得深思熟慮，以及這種變化對(duì)可靠性的影響。雖然非常“牛x”的谷歌人常說(shuō)“這是我們?cè)诠雀枵谟玫?rdquo;（谷歌工程師在 Kubernetes 上正做著很重大的工作！但是我認(rèn)為重要的仍然是研究架構(gòu)，并確保它對(duì)你的組織有意義）。

我肯定不是 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)方面的專家，但是我在配置 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)時(shí)遇到了一些問(wèn)題，并且比以前更加了解 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)了。

運(yùn)維聯(lián)網(wǎng)軟件是很難的

在這里，我并不討論有關(guān)運(yùn)維物理網(wǎng)絡(luò)的話題（對(duì)于它我不懂），而是討論關(guān)于如何讓像 DNS 服務(wù)、負(fù)載均衡以及代理這樣的軟件正常工作方面的內(nèi)容。

我在一個(gè)負(fù)責(zé)很多網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的團(tuán)隊(duì)工作過(guò)一年時(shí)間，并且因此學(xué)到了一些運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的知識(shí)?。@然我還有很多的知識(shí)需要繼續(xù)學(xué)習(xí)）在我們開(kāi)始之前有三個(gè)整體看法：

• 聯(lián)網(wǎng)軟件經(jīng)常重度依賴 Linux 內(nèi)核。因此除了正確配置軟件之外，你還需要確保許多不同的系統(tǒng)控制（sysctl）配置正確，而一個(gè)錯(cuò)誤配置的系統(tǒng)控制就很容易讓你處于“一切都很好”和“到處都出問(wèn)題”的差別中。

• 聯(lián)網(wǎng)需求會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化（比如，你的 DNS 查詢或許比上一年多了五倍！或者你的 DNS 服務(wù)器突然開(kāi)始返回 TCP 協(xié)議的 DNS 響應(yīng)而不是 UDP 的，它們是完全不同的內(nèi)核負(fù)載?。?。這意味著之前正常工作的軟件突然開(kāi)始出現(xiàn)問(wèn)題。

• 修復(fù)一個(gè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，你必須有足夠的經(jīng)驗(yàn)。（例如，看這篇 由 Sophie Haskins 寫(xiě)的關(guān)于 kube-dns 問(wèn)題調(diào)試的文章 ）我在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試方面比以前進(jìn)步多了，但那也是我花費(fèi)了大量時(shí)間研究 Linux 網(wǎng)絡(luò)知識(shí)之后的事了。

我距離成為一名網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維專家還差得很遠(yuǎn)，但是我認(rèn)為以下幾點(diǎn)很重要：

1. 對(duì)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施做重要的更改是很難得的（因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生巨大的混亂）

2. 當(dāng)你對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施做重大更改時(shí)，真的應(yīng)該仔細(xì)考慮如果新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施失敗該如何處理

3. 是否有很多人都能理解你的網(wǎng)絡(luò)配置

切換到 Kubernetes 顯然是個(gè)非常大的更改！因此，我們來(lái)討論一下可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的地方！

Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)組件

在本文中我們將要討論的 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)組件有：

• 覆蓋網(wǎng)絡(luò)(overlay network)的后端（像 flannel/calico/weave 網(wǎng)絡(luò)/romana）

• kube-dns

• kube-proxy

• 入站控制器 / 負(fù)載均衡器

• kubelet

如果你打算配置 HTTP 服務(wù)，或許這些你都會(huì)用到。這些組件中的大部分我都不會(huì)用到，但是我盡可能去理解它們，因此，本文將涉及它們有關(guān)的內(nèi)容。

最簡(jiǎn)化的方式：為所有容器使用宿主機(jī)網(wǎng)絡(luò)

讓我們從你能做到的最簡(jiǎn)單的東西開(kāi)始。這并不能讓你在 Kubernetes 中運(yùn)行 HTTP 服務(wù)。我認(rèn)為它是非常安全的，因?yàn)樵谶@里面可以讓你動(dòng)的東西很少。

如果你為所有容器使用宿主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，我認(rèn)為需要你去做的全部事情僅有：

1. 配置 kubelet，以便于容器內(nèi)部正確配置 DNS

2. 沒(méi)了，就這些！

如果你為每個(gè) pod 直接使用宿主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，那就不需要 kube-dns 或者 kube-proxy 了。你都不需要一個(gè)作為基礎(chǔ)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

這種配置方式中，你的 pod 們都可以連接到外部網(wǎng)絡(luò)（同樣的方式，你的宿主機(jī)上的任何進(jìn)程都可以與外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)話），但外部網(wǎng)絡(luò)不能連接到你的 pod 們。

這并不是最重要的（我認(rèn)為大多數(shù)人想在 Kubernetes 中運(yùn)行 HTTP 服務(wù)并與這些服務(wù)進(jìn)行真實(shí)的通訊），但我認(rèn)為有趣的是，從某種程度上來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性并不是絕對(duì)需要的，并且有時(shí)候你不用這么復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)你的需要。如果可以的話，盡可能地避免讓網(wǎng)絡(luò)過(guò)于復(fù)雜。

運(yùn)維一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)

我們將要討論的第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件是有關(guān)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的。Kubernetes 假設(shè)每個(gè) pod 都有一個(gè) IP 地址，這樣你就可以與那個(gè) pod 中的服務(wù)進(jìn)行通訊了。我在說(shuō)到“覆蓋網(wǎng)絡(luò)”這個(gè)詞時(shí)，指的就是這個(gè)意思（“讓你通過(guò)它的 IP 地址指向到 pod 的系統(tǒng)）。

所有其它的 Kubernetes 網(wǎng)絡(luò)的東西都依賴正確工作的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。更多關(guān)于它的內(nèi)容，你可以讀 這里的 kubernetes 網(wǎng)絡(luò)模型 。

Kelsey Hightower 在 kubernetes 艱難之路 中描述的方式看起來(lái)似乎很好，但是，事實(shí)上它的作法在超過(guò) 50 個(gè)節(jié)點(diǎn)的 AWS 上是行不通的，因此，我不打算討論它了。

有許多覆蓋網(wǎng)絡(luò)后端（calico、flannel、weaveworks、romana）并且規(guī)劃非?；靵y。就我的觀點(diǎn)來(lái)看，我認(rèn)為一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)有 2 個(gè)職責(zé)：

1. 確保你的 pod 能夠發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求到外部的集群

2. 保持一個(gè)到子網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)映射，并且保持集群中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以使用那個(gè)映射得以更新。當(dāng)添加和刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，能夠做出正確的反應(yīng)。

Okay! 因此！你的覆蓋網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題是什么呢？

• 覆蓋網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)設(shè)置 iptables 規(guī)則（最基本的是 iptables -A -t nat POSTROUTING -s $SUBNET -j MASQUERADE），以確保那個(gè)容器能夠向 Kubernetes 之外發(fā)出網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。如果在這個(gè)規(guī)則上有錯(cuò)誤，你的容器就不能連接到外部網(wǎng)絡(luò)。這并不很難（它只是幾條 iptables 規(guī)則而已），但是它非常重要。我發(fā)起了一個(gè) 拉取請(qǐng)求 ，因?yàn)槲蚁氪_保它有很好的彈性。

• 添加或者刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)可能會(huì)有錯(cuò)誤。我們使用 flannel hostgw 后端，我們開(kāi)始使用它的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)刪除功能 尚未開(kāi)始工作 。

• 你的覆蓋網(wǎng)絡(luò)或許依賴一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)（etcd）。如果那個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生什么問(wèn)題，這將導(dǎo)致覆蓋網(wǎng)絡(luò)發(fā)生問(wèn)題。例如， https://github.com/coreos/flannel/issues/610 上說(shuō)，如果在你的 flannel etcd 集群上丟失了數(shù)據(jù)，最后的結(jié)果將是在容器中網(wǎng)絡(luò)連接會(huì)丟失。（現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)被修復(fù)了）

• 你升級(jí) Docker 以及其它東西導(dǎo)致的崩潰

• 還有更多的其它的可能性！

我在這里主要討論的是過(guò)去發(fā)生在 Flannel 中的問(wèn)題，但是我并不是要承諾不去使用 Flannel —— 事實(shí)上我很喜歡 Flannel，因?yàn)槲矣X(jué)得它很簡(jiǎn)單（比如，類似 vxlan 在后端這一塊的部分 只有 500 行代碼），對(duì)我來(lái)說(shuō)，通過(guò)代碼來(lái)找出問(wèn)題的根源成為了可能。并且很顯然，它在不斷地改進(jìn)。他們?cè)趯彶槔≌?qǐng)求方面做的很好。

到目前為止，我運(yùn)維覆蓋網(wǎng)絡(luò)的方法是：

• 學(xué)習(xí)它的工作原理的詳細(xì)內(nèi)容以及如何去調(diào)試它（比如，F(xiàn)lannel 用于創(chuàng)建路由的 hostgw 網(wǎng)絡(luò)后端，因此，你只需要使用 sudo ip route list 命令去查看它是否正確即可）

• 如果需要的話，維護(hù)一個(gè)內(nèi)部構(gòu)建版本，這樣打補(bǔ)丁比較容易

• 有問(wèn)題時(shí)，向上游貢獻(xiàn)補(bǔ)丁

我認(rèn)為去遍歷所有已合并的拉取請(qǐng)求以及過(guò)去已修復(fù)的 bug 清單真的是非常有幫助的 —— 這需要花費(fèi)一些時(shí)間，但這是得到一個(gè)其它人遇到的各種問(wèn)題的清單的好方法。

對(duì)其他人來(lái)說(shuō)，他們的覆蓋網(wǎng)絡(luò)可能工作的很好，但是我并不能從中得到任何經(jīng)驗(yàn)，并且我也曾聽(tīng)說(shuō)過(guò)其他人報(bào)告類似的問(wèn)題。如果你有一個(gè)類似配置的覆蓋網(wǎng)絡(luò)：a) 在 AWS 上并且 b) 在多于 50-100 節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，我想知道你運(yùn)維這樣的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有多大的把握。

運(yùn)維 kube-proxy 和 kube-dns？

現(xiàn)在，我有一些關(guān)于運(yùn)維覆蓋網(wǎng)絡(luò)的想法，我們來(lái)討論一下。

這個(gè)標(biāo)題的最后面有一個(gè)問(wèn)號(hào)，那是因?yàn)槲也](méi)有真的去運(yùn)維過(guò)。在這里我還有更多的問(wèn)題要問(wèn)答。

這里的 Kubernetes 服務(wù)是如何工作的！一個(gè)服務(wù)是一群 pod 們，它們中的每個(gè)都有自己的 IP 地址（像 10.1.0.3、10.2.3.5、10.3.5.6 這樣）

1. 每個(gè) Kubernetes 服務(wù)有一個(gè) IP 地址（像 10.23.1.2 這樣）

2. kube-dns 去解析 Kubernetes 服務(wù) DNS 名字為 IP 地址（因此，my-svc.my-namespace.svc.cluster.local 可能映射到 10.23.1.2 上）

3. kube-proxy 配置 iptables 規(guī)則是為了在它們之間隨機(jī)進(jìn)行均衡負(fù)載。Kube-proxy 也有一個(gè)用戶空間的輪詢負(fù)載均衡器，但是在我的印象中，他們并不推薦使用它。

因此，當(dāng)你發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求到
my-svc.my-namespace.svc.cluster.local 時(shí)，它將解析為 10.23.1.2，然后，在你本地主機(jī)上的 iptables 規(guī)則（由 kube-proxy 生成）將隨機(jī)重定向到 10.1.0.3 或者 10.2.3.5 或者 10.3.5.6 中的一個(gè)上。

在這個(gè)過(guò)程中我能想像出的可能出問(wèn)題的地方：

• kube-dns 配置錯(cuò)誤

• kube-proxy 掛了，以致于你的 iptables 規(guī)則沒(méi)有得以更新

• 維護(hù)大量的 iptables 規(guī)則相關(guān)的一些問(wèn)題