Flannel IPsec 模式

news/2024/11/18 0:35:57/文章来源:https://www.cnblogs.com/evescn/p/18374318

Flannel IPSec 模式

一、环境信息

主机 IP
ubuntu 172.16.94.141
软件 版本
docker 26.1.4
helm v3.15.0-rc.2
kind 0.18.0
clab 0.54.2
kubernetes 1.23.4
ubuntu os Ubuntu 20.04.6 LTS
kernel 5.11.5 内核升级文档

二、安装服务

kind 配置文件信息

$ cat install.sh#!/bin/bash
date
set -v# 1.prep noCNI env
cat <<EOF | kind create cluster --name=flannel-ipsec --image=kindest/node:v1.23.4 --config=-
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:# kind 默认使用 rancher cni，cni 我们需要自己创建disableDefaultCNI: true# 定义节点使用的 pod 网段podSubnet: "10.244.0.0/16"
nodes:- role: control-plane- role: worker- role: workercontainerdConfigPatches:
- |-[plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors."harbor.evescn.com"]endpoint = ["https://harbor.evescn.com"]
EOF# 2.install cni
# PSK=`dd if=/dev/urandom count=48 bs=1 status=none | xxd -p -c 48`
# echo $PSK
kubectl apply -f ./flannel.yaml# 3.install necessary tools
# cd /opt/
# curl -o calicoctl -O -L "https://gh.api.99988866.xyz/https://github.com/containernetworking/plugins/releases/download/v0.9.0/cni-plugins-linux-amd64-v0.9.0.tgz" 
# tar -zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.9.0.tgzfor i in $(docker ps -a --format "table {{.Names}}" | grep flannel) 
doecho $idocker cp /opt/bridge $i:/opt/cni/bin/docker cp /usr/bin/ping $i:/usr/bin/pingdocker exec -it $i bash -c "sed -i -e 's/jp.archive.ubuntu.com\|archive.ubuntu.com\|security.ubuntu.com/old-releases.ubuntu.com/g' /etc/apt/sources.list"docker exec -it $i bash -c "apt-get -y update >/dev/null && apt-get -y install net-tools tcpdump lrzsz bridge-utils >/dev/null 2>&1"
done
  • flannel.yaml
配置文件 
# flannel.yaml
---
kind: Namespace
apiVersion: v1
metadata:name: kube-flannellabels:pod-security.kubernetes.io/enforce: privileged
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: flannel
rules:
- apiGroups:- ""resources:- podsverbs:- get
- apiGroups:- ""resources:- nodesverbs:- list- watch
- apiGroups:- ""resources:- nodes/statusverbs:- patch
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:name: flannel
roleRef:apiGroup: rbac.authorization.k8s.iokind: ClusterRolename: flannel
subjects:
- kind: ServiceAccountname: flannelnamespace: kube-system
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:name: flannelnamespace: kube-system
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:name: kube-flannel-cfgnamespace: kube-systemlabels:tier: nodeapp: flannel
data:cni-conf.json: |{"name": "cbr0","cniVersion": "0.3.1","plugins": [{"type": "flannel","delegate": {"hairpinMode": true,"isDefaultGateway": true}},{"type": "portmap","capabilities": {"portMappings": true}}]}net-conf.json: |{"Network": "10.244.0.0/16","Backend": {"Type": "ipsec","PSK": "bd3d298e0f57599da780f7a2596719a96ac781ac21f496443bdbd14383810167864748a6bab6b9f1c4b039a3a240ba95"}}
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:name: kube-flannel-dsnamespace: kube-systemlabels:tier: nodeapp: flannel
spec:selector:matchLabels:app: flanneltemplate:metadata:labels:tier: nodeapp: flannelspec:affinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: kubernetes.io/osoperator: Invalues:- linuxhostNetwork: truepriorityClassName: system-node-criticaltolerations:- operator: Existseffect: NoScheduleserviceAccountName: flannelinitContainers:- name: install-cni-pluginimage: harbor.dayuan1997.com/devops/rancher/mirrored-flannelcni-flannel-cni-plugin:v1.1.0command:- cpargs:- -f- /flannel- /opt/cni/bin/flannelvolumeMounts:- name: cni-pluginmountPath: /opt/cni/bin- name: install-cniimage: harbor.dayuan1997.com/devops/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.19.2command:- cpargs:- -f- /etc/kube-flannel/cni-conf.json- /etc/cni/net.d/10-flannel.conflistvolumeMounts:- name: cnimountPath: /etc/cni/net.d- name: flannel-cfgmountPath: /etc/kube-flannel/containers:- name: kube-flannelimage: harbor.dayuan1997.com/devops/rancher/mirrored-flannelcni-flannel:v0.19.2command:- /opt/bin/flanneldargs:- --ip-masq- --kube-subnet-mgrresources:requests:cpu: "100m"memory: "50Mi"limits:cpu: "100m"memory: "50Mi"securityContext:privileged: falsecapabilities:add: ["NET_ADMIN", "NET_RAW"]env:- name: POD_NAMEvalueFrom:fieldRef:fieldPath: metadata.name- name: POD_NAMESPACEvalueFrom:fieldRef:fieldPath: metadata.namespace- name: EVENT_QUEUE_DEPTHvalue: "5000"volumeMounts:- name: runmountPath: /run/flannel- name: flannel-cfgmountPath: /etc/kube-flannel/- name: xtables-lockmountPath: /run/xtables.lock- name: tunmountPath: /dev/net/tunvolumes:- name: tunhostPath:path: /dev/net/tun- name: runhostPath:path: /run/flannel- name: cni-pluginhostPath:path: /opt/cni/bin- name: cnihostPath:path: /etc/cni/net.d- name: flannel-cfgconfigMap:name: kube-flannel-cfg- name: xtables-lockhostPath:path: /run/xtables.locktype: FileOrCreate

flannel.yaml 参数解释

  1. Backend.Type

    • 含义: 用于指定 flannel 工作模式。
    • host-gw: flannel 工作在 host gw 模式。

  2. Backend.Type

    • 含义: 用于指定 flannel 工作模式。
    • ipsec: flannel 工作在 ipsec 模式。

  3. Backend.PSK

    • 含义: 用于指定 ipsec 模式 对等共享密钥 字符串 。
    • xxxxxxxxx: ipsec 模式中，node 节点之间数据转发使用 对等共享密钥 信息。
  • 安装 k8s 集群和 flannel 服务
# ./install.shCreating cluster "flannel-ipsec" ...✓ Ensuring node image (kindest/node:v1.23.4) 🖼✓ Preparing nodes 📦 📦 📦  ✓ Writing configuration 📜 ✓ Starting control-plane 🕹️ ✓ Installing StorageClass 💾 ✓ Joining worker nodes 🚜 
Set kubectl context to "kind-flannel-ipsec"
You can now use your cluster with:kubectl cluster-info --context kind-flannel-ipsecThanks for using kind! 😊
  • 查看安装的服务
root@kind:~# kubectl get pods -A
NAMESPACE            NAME                                                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-system          coredns-64897985d-glk45                               1/1     Running   0          4m55s
kube-system          coredns-64897985d-xtvbk                               1/1     Running   0          4m55s
kube-system          etcd-flannel-ipsec-control-plane                      1/1     Running   0          5m9s
kube-system          kube-apiserver-flannel-ipsec-control-plane            1/1     Running   0          5m8s
kube-system          kube-controller-manager-flannel-ipsec-control-plane   1/1     Running   0          5m12s
kube-system          kube-flannel-ds-9wxv4                                 1/1     Running   0          4m38s
kube-system          kube-flannel-ds-c9mfm                                 1/1     Running   0          4m38s
kube-system          kube-flannel-ds-z2mlw                                 1/1     Running   0          4m38s
kube-system          kube-proxy-6tjxp                                      1/1     Running   0          4m55s
kube-system          kube-proxy-l96h9                                      1/1     Running   0          4m39s
kube-system          kube-proxy-vt9f4                                      1/1     Running   0          4m39s
kube-system          kube-scheduler-flannel-ipsec-control-plane            1/1     Running   0          5m8s
local-path-storage   local-path-provisioner-5ddd94ff66-h9r8t               1/1     Running   0          4m55s

k8s 集群安装 Pod 测试网络

root@kind:~# cat cni.yamlapiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
#kind: Deployment
metadata:labels:app: cniname: cni
spec:#replicas: 1selector:matchLabels:app: cnitemplate:metadata:labels:app: cnispec:containers:- image: harbor.dayuan1997.com/devops/nettool:0.9name: nettoolboxsecurityContext:privileged: true---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: serversvc
spec:type: NodePortselector:app: cniports:- name: cniport: 80targetPort: 80nodePort: 32000

root@kind:~# kubectl apply -f cni.yaml
daemonset.apps/cni created
service/serversvc createdroot@kind:~# kubectl run net --image=harbor.dayuan1997.com/devops/nettool:0.9
pod/net created
  • 查看安装服务信息
root@kind:~# kubectl get pods -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE                    NOMINATED NODE   READINESS GATES
cni-88hb9   1/1     Running   0          11s   10.244.1.5   flannel-ipsec-worker2   <none>           <none>
cni-cnjjv   1/1     Running   0          11s   10.244.2.2   flannel-ipsec-worker    <none>           <none>
net         1/1     Running   0          7s    10.244.2.3   flannel-ipsec-worker    <none>           <none>root@kind:~# kubectl get svc 
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP        5m38s
serversvc    NodePort    10.96.27.120   <none>        80:32000/TCP   15s

三、测试网络

同节点 Pod 网络通讯

拓扑

可以查看此文档 Flannel UDP 模式 中，同节点网络通讯，数据包转发流程一致

Flannel 同节点通信通过 l2 网络通信， 2 层交换机完成

不同节点 Pod 网络通讯

拓扑

  • Pod 节点信息
## ip 信息
root@kind:~# kubectl exec -it net -- ip a l
3: eth0@if4: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1423 qdisc noqueue state UP group default link/ether 9e:65:44:01:03:01 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0inet 10.244.2.3/24 brd 10.244.2.255 scope global eth0valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::9c65:44ff:fe01:301/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever## 路由信息
root@kind:~# kubectl exec -it net -- ip r s
default via 10.244.2.1 dev eth0 
10.244.0.0/16 via 10.244.2.1 dev eth0 
10.244.2.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 10.244.2.3
  • Pod 节点所在 Node 节点信息
root@kind:~# docker exec -it flannel-ipsec-worker bash## ip 信息
root@flannel-ipsec-worker:/# ip a l 
2: cni0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1423 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000link/ether ba:bf:a0:56:6e:bd brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 10.244.2.1/24 brd 10.244.2.255 scope global cni0valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::b8bf:a0ff:fe56:6ebd/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
3: vethfbd871aa@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1423 qdisc noqueue master cni0 state UP group default link/ether 4e:e5:69:91:8f:8c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns cni-5fcabfe2-dfb8-f91d-676a-31bdd629b2cdinet6 fe80::4ce5:69ff:fe91:8f8c/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
4: veth3408e015@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1423 qdisc noqueue master cni0 state UP group default link/ether 66:d0:d9:c8:cc:ad brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netns cni-c909ffba-a547-2acc-5daa-ce20a181b5c4inet6 fe80::64d0:d9ff:fec8:ccad/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever
7: eth0@if8: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default link/ether 02:42:ac:12:00:03 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0inet 172.18.0.3/16 brd 172.18.255.255 scope global eth0valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fc00:f853:ccd:e793::3/64 scope global nodad valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::42:acff:fe12:3/64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever## 路由信息
root@flannel-ipsec-worker:/# ip r s
default via 172.18.0.1 dev eth0
10.244.2.0/24 dev cni0 proto kernel scope link src 10.244.2.1
172.18.0.0/16 dev eth0 proto kernel scope link src 172.18.0.3
  • Pod 节点进行 ping 包测试，访问 cni-88hb9 Pod 节点
root@kind:~# kubectl exec -it net -- pping 10.244.1.5 -c 1
PING 10.244.1.5 (10.244.1.5): 56 data bytes
64 bytes from 10.244.1.5: seq=0 ttl=62 time=0.839 ms--- 10.244.1.5 ping statistics ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.839/0.839/0.839 ms
  • Pod 节点 eth0 网卡抓包
net~$ tcpdump -pne -i eth0
08:27:53.131272 9e:65:44:01:03:01 > ba:bf:a0:56:6e:bd, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 10.244.2.3 > 10.244.1.5: ICMP echo request, id 59, seq 0, length 64
08:27:53.131427 ba:bf:a0:56:6e:bd > 9e:65:44:01:03:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 10.244.1.5 > 10.244.2.3: ICMP echo reply, id 59, seq 0, length 64

数据包源 mac 地址: 9e:65:44:01:03:01 为 eth0 网卡 mac 地址，而目的 mac 地址: ba:bf:a0:56:6e:bd 为 net Pod 节点 cni0 网卡对应的网卡 mac 地址，cni0
网卡 ip 地址为网络网关地址 10.244.2.1 ， flannel 为 2 层网络模式通过路由送往数据到网关地址

net~$ arp -n
Address                  HWtype  HWaddress           Flags Mask            Iface
10.244.2.1               ether   ba:bf:a0:56:6e:bd   C                     eth0

而通过 veth pair 可以确定 Pod 节点 eth0 网卡对应的 veth pair 为 veth3408e015@if3 网卡

  • flannel-ipsec-worker 节点 veth3408e015 网卡抓包
root@flannel-ipsec-worker:/# tcpdump -pne -i veth3408e015
08:29:10.803335 9e:65:44:01:03:01 > ba:bf:a0:56:6e:bd, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 10.244.2.3 > 10.244.1.5: ICMP echo request, id 79, seq 0, length 64
08:29:10.803452 ba:bf:a0:56:6e:bd > 9e:65:44:01:03:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 10.244.1.5 > 10.244.2.3: ICMP echo reply, id 79, seq 0, length 64

因为他们互为 veth pair 所以抓包信息相同

  • flannel-ipsec-worker 节点 cni0 网卡抓包
root@flannel-ipsec-worker:/# tcpdump -pne -i cni0
08:29:25.347918 9e:65:44:01:03:01 > ba:bf:a0:56:6e:bd, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 10.244.2.3 > 10.244.1.5: ICMP echo request, id 88, seq 0, length 64
08:29:25.348063 ba:bf:a0:56:6e:bd > 9e:65:44:01:03:01, ethertype IPv4 (0x0800), length 98: 10.244.1.5 > 10.244.2.3: ICMP echo reply, id 88, seq 0, length 64

数据包源 mac 地址: 9e:65:44:01:03:01 为 net Pod 节点 eth0 网卡 mac 地址，而目的 mac 地址: ba:bf:a0:56:6e:bd 为 cni0 网卡 mac 地址

查看 flannel-ipsec-worker 主机路由信息，没有发现到达 10.244.1.0/24 主机路由， ipsec 模式中需要使用以下命令查看

root@flannel-ipsec-worker:/# ip x s
src 172.18.0.3 dst 172.18.0.2proto esp spi 0xcfba8c29 reqid 11 mode tunnelreplay-window 0 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0x5c6d833362f6676e74520fbb6074495753293433 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x0, bitmap 0x00000000
src 172.18.0.2 dst 172.18.0.3proto esp spi 0xce02fb42 reqid 11 mode tunnelreplay-window 32 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0xbdc7124eb99d43e630025f0e5b84944dcefda130 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x0, bitmap 0x00000000
src 172.18.0.3 dst 172.18.0.4proto esp spi 0xcfc2f79d reqid 11 mode tunnelreplay-window 0 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0x022427c450d510a2266ba5d732e55b163b92e7c8 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x4, bitmap 0x00000000
src 172.18.0.4 dst 172.18.0.3proto esp spi 0xc91a08f3 reqid 11 mode tunnelreplay-window 32 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0xbe4d33e6b634c9f9661eddff9c056bf97650d519 128anti-replay context: seq 0x4, oseq 0x0, bitmap 0x0000000f
src 172.18.0.3 dst 172.18.0.4proto esp spi 0xc767c36e reqid 11 mode tunnelreplay-window 0 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0xef987aca2f456738cc3e6f4d27632d7bcfdb8ec1 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x0, bitmap 0x00000000
src 172.18.0.4 dst 172.18.0.3proto esp spi 0xc60be52f reqid 11 mode tunnelreplay-window 32 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0x58d993430dc92b4969eb956c807413f375a88ec9 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x0, bitmap 0x00000000
src 172.18.0.3 dst 172.18.0.2proto esp spi 0xc42c113e reqid 11 mode tunnelreplay-window 0 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0x1b4a451e10fe5f462fb54d8b0516c6eb30068f08 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x0, bitmap 0x00000000
src 172.18.0.2 dst 172.18.0.3proto esp spi 0xc01b7d3d reqid 11 mode tunnelreplay-window 32 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0x4ed4c68a03a6445e219a889c7d9feb1ff358017a 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x0, bitmap 0x00000000root@flannel-ipsec-worker:/# ip x p
src 10.244.1.0/24 dst 10.244.2.0/24 dir fwd priority 0 tmpl src 172.18.0.4 dst 172.18.0.3proto esp reqid 11 mode tunnel
src 10.244.1.0/24 dst 10.244.2.0/24 dir in priority 0 tmpl src 172.18.0.4 dst 172.18.0.3proto esp reqid 11 mode tunnel
src 10.244.2.0/24 dst 10.244.1.0/24 dir out priority 0 tmpl src 172.18.0.3 dst 172.18.0.4proto esp reqid 11 mode tunnel
src 10.244.0.0/24 dst 10.244.2.0/24 dir fwd priority 0 tmpl src 172.18.0.2 dst 172.18.0.3proto esp reqid 11 mode tunnel
src 10.244.0.0/24 dst 10.244.2.0/24 dir in priority 0 tmpl src 172.18.0.2 dst 172.18.0.3proto esp reqid 11 mode tunnel
src 10.244.2.0/24 dst 10.244.0.0/24 dir out priority 0 tmpl src 172.18.0.3 dst 172.18.0.2proto esp reqid 11 mode tunnel
  • flannel-ipsec-worker 节点 eth0 网卡抓包

img

搜索 esp 数据包， ipsec 模式下，数据包是密文 esp 数据包，需要进行解密后才能查看。

root@flannel-ipsec-worker:/# ip x s
src 172.18.0.3 dst 172.18.0.4proto esp spi 0xcfc2f79d reqid 11 mode tunnelreplay-window 0 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0x022427c450d510a2266ba5d732e55b163b92e7c8 128anti-replay context: seq 0x0, oseq 0x4, bitmap 0x00000000
src 172.18.0.4 dst 172.18.0.3proto esp spi 0xc91a08f3 reqid 11 mode tunnelreplay-window 32 flag af-unspecaead rfc4106(gcm(aes)) 0xbe4d33e6b634c9f9661eddff9c056bf97650d519 128anti-replay context: seq 0x4, oseq 0x0, bitmap 0x0000000f

解密 esp 数据包，获取到如下图数据信息

img

  • 内层数据包信息中，只有 ip 层信息和 icmp 信息，没有 mac 层信息，比较类似 ipip 模式， ipip 数据包内层包也没有 mac 信息，但是 ipip 数据包非加密，不需要使用解密即可查看到包信息
  • 外层数据包 ip 层地址使用 node 节点地址，mac 地址为对应的 ip 网卡 mac 信息
root@flannel-ipsec-worker:/# arp -n
Address                  HWtype  HWaddress           Flags Mask            Iface
172.18.0.4               ether   02:42:ac:12:00:04   C                     eth0

数据包流向

拓扑

  • 数据从 pod 服务发出，通过查看本机路由表，送往 10.244.2.1 网卡。路由: 10.244.0.0/16 via 10.244.2.1 dev eth0
  • 通过 veth pair 网卡 veth3408e015 发送数据到 flannel-ipsec-worker 主机上，在转送到 cni0: 10.244.2.1 网卡
  • flannel-ipsec-worker 主机查看自身 ipsec 隧道信息后，会封装为 ipsec 数据包并送往 eth0 接口
  • 对端 flannel-ipsec-worker 主机接受到数据包后，发现这个是一个 ipsec 数据包，将数据包内核模块处理。
  • 解封装后发现目的地址为 10.244.1.5 ，通过查看本机路由表，送往 cni0 网卡。路由: 10.244.1.0/24 dev cni0 proto kernel scope link src 10.244.1.1
  • 通过 cni0 网卡 brctl showmacs cni0 mac 信息 ，最终会把数据包送到 cni-88hb9 主机

Service 网络通讯

可以查看此文档 Flannel UDP 模式 中，Service 网络通讯，数据包转发流程一致

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