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容器网络Cilium入门系列之DualStack双栈特性分析

可以交个朋友发表于 2023/12/14 20:31:55 2023/12/14

【摘要】目前k8s集群已经支持ipv4/ipv6双栈，从1.21的alpha版本到如今1.23的stable版本。同样cilium cni也对双栈技术做了实现，是一个inCluster层面的实现，如果数据流量要进出集群，就需要平台级的实现。

一、关于IPV6/IPV4 双栈

目前很多公司开始将自己的业务由ipv4切换成ipv6，或者ipv4,ipv6共存。

ipv4 ipv6共存（DualStack）有两种方式:

一个网卡上有两个IP地址，一个是ipv4，一个是ipv6。标准实现方式。
两个同样功能的网卡接口，一个提供ipv4，一个提供ipv6。通过负载均衡机制，将对应地址的请求发送到对应的网卡。

目前k8s集群已经支持ipv4/ipv6双栈，从1.21的alpha版本到如今1.23的stable版本。

同样cilium cni也对双栈技术做了实现，是一个inCluster层面的实现，如果数据流量要进出集群，就需要平台级的实现。

二、Cilium DualStack 双栈环境搭建

依旧是kind快速搭建k8s集群

#1-setup-env.sh
#! /bin/bash
date
set -v

# 1.prep nocNI env
cat <<EOF |kind create cluster --name=cilium-dual-stack --image=kindest/node:v1.23.4  --config=-
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
  disableDefaultCNI: true  #kind 默认使用rancher cni，我们不需要该cni
  ipFamily: dual


nodes:
  - role: control-plane
  - role: worker
  - role: worker

EOF

# 2. remove taints
controller_node=`kubectl get nodes --no-headers -o custom-columns=NAME:.metadata.name |grep control-plane`
kubectl taint nodes $controller_node node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule-
kubectl get nodes -owide

# 3.  install cni
helm repo add cilium  https://helm.cilium.io > /dev/null 2>&1
helm repo update > /dev/null  2>&1

helm  install cilium  cilium/cilium --set k8sServiceHost=$controller_node --set k8sServicePort=6443 --version 1.13.0-rc5 \
--namespace kube-system --set debug.enabled=true --set debug.verbose=datapath --set monitorAggregation=none \
--set ipam.mode=kubernetes --set cluster.name=cilium-dual-stack --set tunnel=vxlan  --set kubeProxyReplacement=disabled \
--set ipv6.enabled=true

#4. install necessary tools
for i in $(docker ps -a --format "table {{.Names}}" |grep cilium-dual-stack)
do
                echo $i
                #docker cp ./bridge $i:/opt/cni/bin/
                docker cp /usr/bin/ping $i:/usr/bin/ping
                docker 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 > /dev/null 2>&1"
done

其中关键配置有:

ipFamily: dual 创建集群需要为集群开启双栈配置
set kubeProxyReplacement=disabled 双栈依赖kube-proxy
set ipv6.enabled=true ipv4是默认开启的，ipv6需要手动开启
set tunnel=vxlan vxlan模式下，安装更简单

部署demo应用

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: app
  labels:
    app: app
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: app
    spec:
      containers:
      - name: nettool
        image: burlyluo/nettool
        securityContext:
          privileged: true

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: app
spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack
  ipFamilies:
  - IPv6
  - IPv4
  type: ClusterIP
  selector:
    app: app
  ports:
  - name: app
    port: 8080
    targetPort: 80

集群搭建成功：

确认IPv4 IPv6 双栈启用成功
Pod:

service:

三、Cilium DualStack 模式分析

IPv4 模式下分析pod内的路由规则

pod出网需要经过eth0网卡，下一跳地址是10.244.1.3,下一跳是宿主机上的cilium_host网卡

IPv6 模式下pod内的路由规则
ip -6 route show

它的下一跳所在的地址fd00:10:244:1::20f3 不一定在宿主机的命名空间里面，所在在主机上找不到对应的网卡接口

IPv6模式下的ping测
pod-a IPv6 地址: fd00:10:244:1::89bc
pod-b IPv6 地址: fd00:10:244:2::3573

pod内eth0网卡抓包分析数据包

源Mac: f2:65:2b:03:4c:22 为源pod的eth0网卡的mac地址;
源IPv6: fd00:10:244:1::89bc 为源pod的IPv6地址

目标IPv6: fd00:10:244:2::3573 为目标pod的IPv6地址
目标Mac: 8a:be:1f:9b:eb:9d 为源pod所在宿主机上的lxc网卡

所以即使在pod内查看IPv6的路由规则，找不到对应的下一跳位置，也不影响数据报文的封装。
类似于calico的169.254.1.1，这个地址不一定要有，但是数据包往上面发的时候，只要有一个hook能劫持，并且让其他网卡回复对应的mac地址就行了。
这样在封装报文的时候，srcMac srcIP，dstMac，dstIP 都具备了，这样一个数据包才能完整的发送出去。

整个流程差不多就是根据容器内IPv6的下一跳抓包找到对应的mac地址，然后根据mac地址的来源做一个推理。