icon

KubeSphere 愿景是打造一个以 Kubernetes 为内核的云原生分布式操作系统,它的架构可以非常方便地使第三方应用与云原生生态组件进行即插即用(plug-and-play)的集成,支持云原生应用在多云与多集群的统一分发和运维管理。

icon

了解详情

icon

欢迎加入

扫码加入微信群,和云原生大佬们一起探讨云原生和不可描述的事情!

扫码加入微信群

Please enable Javascript to view the contents

Kilo 使用教程

使用 WireGuard 作为 Kubernetes 的 CNI 插件

 ·  ☕ 8 分钟  ·  ✍️ 米开朗基杨 · 👀... 阅读
Sealyun Kubernetes 一键离线安装 走,看看去!

写了这么多篇 WireGuard 相关的保姆教程,今天终于牵扯到 Kubernetes 了,不然怎么对得起“云原生”这三个字。如果看到这篇文章的你仍然是个 WireGuard 新手,请务必按照以下顺序阅读每一篇文章:

如果遇到不明白的,可以参考这篇文章的注解:

剩下这几篇文章是可选的,有兴趣就看看:

WireGuard 在云原生领域的应用有两个方面:组网加密。不管是组网还是加密,其实都是和 CNI 有关,你可以在原有的组网方案上利用 WireGuard 进行加密,也可以直接利用 WireGuard 来进行组网。目前直接利用 WireGuard 进行组网的 CNI 有 FlannelWormholeKilo,只利用 WireGuard 进行数据加密的 CNI 只有 Calico,当然 Flannel 也可以和 Kilo 结合使用,这样就只利用 WireGuard 来进行加密了。

我的兴趣点还是在于利用 WireGuard 组网,想象一下,你在 AWS、Azure、GCP 和阿里云上分别薅了一台云主机,你想将这四台云主机组建成一个 k3s 集群,而且在任何一个设备上都能直接访问这个 k3s 集群中的 Pod IPService IP,如何才能优雅地实现这个目标?

要分两步走:第一步是打通 k3s 集群各个节点之间的容器网络,最后一步是打通本地与云上容器之间的网络。先来看第一步,跨云打通容器网络,这一步主要还是得仰仗 CNI。Flannel 的自定义选项比较少,Whormhole 已经很久没更新了,推荐使用 Kilo 来作为 k3s 的 CNI

在部署 Kilo 之前,需要调整 k3s 的启动参数,取消默认的 CNI:

k3s server --flannel-backend none ...

然后重启 k3s server:

$ systemctl restart k3s

具体可以参考 k3s 控制平面的部署。如果你是从零开始部署 k3s,请参考跨云厂商部署 k3s 集群

1. Kilo 网络拓扑

Kilo 支持以下三种网络拓扑:

逻辑分组互联模式(Logical Groups)

默认情况下,Kilo 会在集群中的不同逻辑区域(例如数据中心、云服务商等)之间创建一个 mesh 网络。Kilo 默认会尝试使用节点标签 topology.kubernetes.io/region 来判断节点所在的逻辑区域,你也可以通过 Kilo 的启动参数 --topology-label=<label> 来指定逻辑区域的标签,还可以为 node 添加 annotation kilo.squat.ai/location 来指定逻辑区域的标签。

例如,为了将 GCPAWS 的节点加入到同一个 k3s 集群中,可以通过以下命令对所有 GCP 的节点添加注释:

$ for node in $(kubectl get nodes | grep -i gcp | awk '{print $1}'); do kubectl annotate node $node kilo.squat.ai/location="gcp"; done

这样所有添加了注释的节点都会被划分到同一个逻辑区域下,没有添加注释的节点会被划分到默认的逻辑区域下,所以总共有两个逻辑区域。每个逻辑区域都会选出一个 leader 和其他区域的 leader 之间建立 WireGuard 隧道,同时区域内部的节点之间通过 Bridge 模式打通容器的网络。

通过 kgctl 可以获取网络拓扑架构图:

$ kgctl graph | circo -Tsvg > cluster.svg

全互联模式(Full Mesh)

全互联模式其实就是逻辑分组互联模式的特例,即每一个节点都是一个逻辑区域,每个节点和其他所有节点都建立 WireGuard 隧道。关于全互联模式的更多详细内容请参考 Wireguard 全互联模式(full mesh)配置指南。可以通过 Kilo 的启动参数 --mesh-granularity=full 来指定全互联模式。

通过 kgctl 可以获取网络拓扑架构图:

$ kgctl graph | circo -Tsvg > cluster.svg

混合模式

混合模式就是逻辑分组模式全互联模式相结合,例如,如果集群中既有 GCP 的节点,还有一些无安全私有网段的裸金属节点,可以把 GCP 的节点放到同一个逻辑区域中,其他裸金属节点之间直接使用全互联模式连接,这就是混合模式。具体的操作方式是给 GCP 节点添加同一个 annotation,其他裸金属节点都添加相互独立的 annotation

$ for node in $(kubectl get nodes | grep -i gcp | awk '{print $1}'); do kubectl annotate node $node kilo.squat.ai/location="gcp"; done
$ for node in $(kubectl get nodes | tail -n +2 | grep -v gcp | awk '{print $1}'); do kubectl annotate node $node kilo.squat.ai/location="$node"; done

通过 kgctl 获取网络拓扑架构图:

$ kgctl graph | circo -Tsvg > cluster.svg

如果集群中还包含 AWS 节点,可以这么添加 annotation:

$ for node in $(kubectl get nodes | grep -i aws | awk '{print $1}'); do kubectl annotate node $node kilo.squat.ai/location="aws"; done
$ for node in $(kubectl get nodes | grep -i gcp | awk '{print $1}'); do kubectl annotate node $node kilo.squat.ai/location="gcp"; done
$ for node in $(kubectl get nodes | tail -n +2 | grep -v aws | grep -v gcp | awk '{print $1}'); do kubectl annotate node $node kilo.squat.ai/location="$node"; done

网络拓扑架构图如下:

2. Kilo 部署

如果你用的是国内的云主机,一般都绑定了 IP 地址和 MAC 地址,也无法关闭源地址检测,无法使用 Bridge 模式,也就无法使用 Kilo 的逻辑分组互联模式,只能使用全互联模式。如果集群中还包含了数据中心,数据中心的节点之间是可以使用 Bridge 模式的,可以给数据中心的节点添加相同的 annotation,其他节点添加各不相同的 annotation

我的节点都是国内公有云节点,无法使用逻辑分组互联模式,只能使用全互联模式。本节就以全互联模式为例,演示如何部署 Kilo

Kilo 需要用到 kubeconfig,所以需要提前将 kubeconfig 文件从 Master 拷贝到所有 Node:

$ scp -r /etc/rancher/k3s/ nodexxx:/etc/rancher/k3s/

修改 kubeconfig 文件,将 API Server 的地址改为 Master 的公网地址:

apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
    certificate-authority-data: *******
    server: https://<MASTER_PUBLIC_IP>:6443
  name: default
...
...

给每个节点添加相关的 annotaion:

# 指定 WireGuard 建立隧道的 Endpoint 公网 IP:Port
$ kubectl annotate nodes xxx kilo.squat.ai/force-endpoint=<Public_IP:Port>

# 指定节点的内网 IP,WireGuard 会将其添加到 allowed ips 中,这样可以打通各个节点的内网 IP
$ kubectl annotate nodes xxx kilo.squat.ai/force-internal-ip=<Private_IP>

克隆 Kilo 的官方仓库,进入部署清单目录:

$ git clone https://github.com/squat/kilo
$ cd kilo/manifests

修改 kilo 部署清单,调整启动参数:

...
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: kilo
  namespace: kube-system
  labels:
    app.kubernetes.io/name: kilo
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/name: kilo
  template:
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.io/name: kilo
    spec:
      serviceAccountName: kilo
      hostNetwork: true
      containers:
      - name: kilo
        image: squat/kilo
        args:
        - --kubeconfig=/etc/kubernetes/kubeconfig
        - --hostname=$(NODE_NAME)
+       - --encapsulate=never
+       - --mesh-granularity=full
...
...
  • --encapsulate=never 表示不使用 ipip 协议对同一个逻辑区域内的容器网络流量进行加密。
  • --mesh-granularity=full 表示启用全互联模式。

使用部署清单部署 kilo:

$ kubectl apply -f kilo-k3s.yaml

部署成功后,每台节点会增加两个网络接口:

14: kilo0: <POINTOPOINT,NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 1420 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/none
    inet 10.4.0.1/16 brd 10.4.255.255 scope global kilo0
       valid_lft forever preferred_lft forever
6: kube-bridge: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether 2a:7d:32:71:75:97 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.42.0.1/24 scope global kube-bridge
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::287d:32ff:fe71:7597/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

其中 kilo0 是 WireGuard 虚拟网络接口:

$ ip -d link show kilo0
14: kilo0: <POINTOPOINT,NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 1420 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/none  promiscuity 0
    wireguard addrgenmode none numtxqueues 1 numrxqueues 1 gso_max_size 65536 gso_max_segs 65535
    
$ wg show kilo0
interface: kilo0
  public key: VLAjOkfb1U3/ftNOVtAjY8P3hafR12qQB05ueUJtLBQ=
  private key: (hidden)
  listening port: 51820
  
peer: JznFuu9Q7gXcfHFGRLB/LirKi8ttSX22T5f+1cWomzA=
  endpoint: xxxx:51820
  allowed ips: 10.42.1.0/24, 192.168.20.1/32, 10.4.0.2/32
  latest handshake: 51 seconds ago
  transfer: 88.91 MiB received, 76.11 MiB sent

peer: gOvNh1FHJKtfigxV1Az5OFCq2WMq3YEn2F4H4xknVFI=
  endpoint: xxxx:51820
  allowed ips: 10.42.2.0/24, 192.168.30.1/32, 10.4.0.3/32
  latest handshake: 17 seconds ago
  transfer: 40.86 MiB received, 733.03 MiB sent
...
...

kube-bridge 是本地容器网络 veth pair 所连接的 Bridge:

$ bridge link show kube-bridge
7: veth99d2f30b state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2
8: vethfb6d487c state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2
10: veth88ae725c state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2
11: veth4c0d00d8 state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2
12: veth5ae51319 state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2
13: vethe5796697 state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2
15: vethe169cdda state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2
21: vethfe78e116 state UP @wg0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1420 master kube-bridge state forwarding priority 32 cost 2

至此 Kilo 的全互联模式就部署好了,跨公有云的各个云主机节点上的容器已经可以相互通信,下一步就是打通本地与云上容器之间的网络。

3. 打通本地与云上容器网络

为了便于理解,先来做个假设,假设有 4 个公有云节点,分别是 AWS、Azure、GCP、阿里云,再假设 Service 的子网是 10.43.0.0/16Pod 的子网是 10.42.0.0/16,那么每台节点的 Pod 子网分别为 10.42.0.0/2410.42.1.0/2410.42.2.0/2410.42.3.0/24

为了和 Kubernetes 集群网络分开,需要使用一个新的网络接口 wg0,网络架构还是建议使用全互联模式,具体可参考 Wireguard 全互联模式(full mesh)配置指南

为了让本地客户端能访问云上的 Pod IP,可以让本地访问 AWS 节点的 10.42.0.0/24,访问 Azure 节点的 10.42.1.0/24,以此类推。当然也可以直接让本地访问任意一个云上节点的 10.42.0.0/16,不过我还是不建议使用这种架构。

至于 Service IP,并没有像 Pod 一样给每个节点划分一个更细粒度的子网,所有的节点都从同一个大的子网中分配,所以无法采用上面的方式,只能选择其中一个节点来集中转发本地客户端访问 Service 的流量,假设选择 AWS 的节点。

还是和之前一样,继续使用 wg-gen-web 来管理 WireGuard 的配置,假设使用 AWS 的节点来安装 wg-gen-web。

这里有一个地方需要注意,kilo0 已经打通了 k3s 各个节点的私有网段,所以 wg0 不再需要打通私有网段,将 k3s 各个节点的私有网段删除即可:

先增加一个新配置给本地客户端使用,Allowed IPs 中新增 10.42.0.0/2410.43.0.0/16,让本地客户端能访问 AWS 节点中的 Pod IP 和整个集群的 Service IP:

这时你会发现 AWS 节点中的 wg0.conf 中已经包含了本地客户端的配置:

$ cat /etc/wireguard/wg0.conf

...
# macOS /  / Updated: 2021-03-01 05:52:20.355083356 +0000 UTC / Created: 2021-03-01 05:52:20.355083356 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = CEN+s+jpMX1qzQRwbfkfYtHoJ+Hqq4APfISUkxmQ0hQ=
PresharedKey = pSAxmHb6xXRMl9667pFMLg/1cRBFDRjcVdD7PKtMP1M=
AllowedIPs = 10.0.0.5/32
...

修改 Azure 节点的 WireGuard 配置文件,添加本地客户端的配置:

$ cat Azure.conf

[Interface]
Address = 10.0.0.2/32
PrivateKey = IFhAyIWY7sZmabsqDDESj9fqoniE/uZFNIvAfYHjN2o=

PostUp = iptables -I FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -I FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -I INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
PostDown = iptables -D FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -D FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -D INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE


[Peer]
PublicKey = JgvmQFmhUtUoS3xFMFwEgP3L1Wnd8hJc3laJ90Gwzko=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.1/32
Endpoint = aws.com:51820

# Aliyun /  / Updated: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = kVq2ATMTckCKEJFF4TM3QYibxzlh+b9CV4GZ4meQYAo=
AllowedIPs = 10.0.0.4/32
Endpoint = aliyun.com:51820

# GCP /  / Updated: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = qn0Xfyzs6bLKgKcfXwcSt91DUxSbtATDIfe4xwsnsGg=
AllowedIPs = 10.0.0.3/32
Endpoint = gcp.com:51820

# macOS /  / Updated: 2021-03-01 05:52:20.355083356 +0000 UTC / Created: 2021-03-01 05:52:20.355083356 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = CEN+s+jpMX1qzQRwbfkfYtHoJ+Hqq4APfISUkxmQ0hQ=
AllowedIPs = 10.0.0.5/32

同理,GCPAliyun 节点也要添加新增的本地客户端配置。

下载本地客户端的配置文件:

AWS 节点的 wg0.conf 中的 Aliyun、GCP 和 Azure 的配置拷贝到本地客户端的配置中,并删除 PresharedKey 的配置,再添加 Endpoint 的配置和相应的 Pod IP 所在的网段:

[Interface]
Address = 10.0.0.5/32
PrivateKey = wD595KeTPKBDneKWOTUjJQjxZ5RrlxsbeEsWL0gbyn8=


[Peer]
PublicKey = JgvmQFmhUtUoS3xFMFwEgP3L1Wnd8hJc3laJ90Gwzko=
PresharedKey = 5htJA/UoIulrgAn9tDdUxt1WYmOriCXIujBVVaz/uZI=
AllowedIPs = 10.0.0.1/32, 10.42.0.0/24, 10.43.0.0/16
Endpoint = aws.com:51820

# Aliyun /  / Updated: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = kVq2ATMTckCKEJFF4TM3QYibxzlh+b9CV4GZ4meQYAo=
AllowedIPs = 10.0.0.4/32, 10.42.3.0/24
Endpoint = aliyun.com:51820

# GCP /  / Updated: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = qn0Xfyzs6bLKgKcfXwcSt91DUxSbtATDIfe4xwsnsGg=
AllowedIPs = 10.0.0.3/32, 10.42.2.0/24
Endpoint = gcp.com:51820


# Azure /  / Updated: 2021-02-24 07:57:00.751653134 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = OzdH42suuOpVY5wxPrxM+rEAyEPFg2eL0ZI29N7eSTY=
AllowedIPs = 10.0.0.2/32, 10.42.1.0/24
Endpoint = azure.com:51820

最后在本地把 WireGuard 跑起来,就可以畅游云主机的 Kubernetes 集群了。

如果你还想更进一步,在任何一个设备上都能通过 Service 的名称来访问 k3s 集群中的服务,就得在 CoreDNS 上做文章了,感兴趣的可以自己研究下。

这个坑总算填完了,WireGuard 系列暂时就告一段落了,后面如果发现了更有趣的玩法,我会第一时间给大家分享出来。

-------他日江湖相逢 再当杯酒言欢-------
分享
您的鼓励是我最大的动力
alipay QR Code
wechat QR Code

米开朗基杨
作者: 米开朗基杨 ❉
云原生搬砖师

公众号二维码

目录