Ensp 模拟 Calico 跨网段 Bgp 网络（ensp跨网段访问）-开源-知优网

之前详细介绍了calico的ipip、vxlan、bgp模式，但是所有的k8s节点都是同网段的，本篇使用ensp和workstation在自己家里就可以模拟测试跨网段k8s集群calico方案的纯bgp模式。

之前详细介绍了Calico的ipip、vxlan、bgp模式，但是所有的k8s节点都是同网段的，本篇使用Ensp和workstation在自己家里就可以模拟测试跨网段k8s集群calico方案的纯bgp模式。

架构搭建

本测试搭建的是"每机柜独立自治系统"架构，参考：The *AS Per Rack* model[1]

跨网段k8s集群架构

整个架构分为ensp部分和workstation部分， ensp部分主要是搭建出R1和R2的ebgp关系以及分别在R1和R2上添加各自网段内的k8s节点的bgp peer，workstation部分为构建跨网端的k8s集群。因为192.168.219.0/24网段的主机加入集群需要依赖ensp中的路由，操作的顺序是先搭建出ensp的网络部分再将新节点加到k8s中继而配置bgp。现有k8s集群有三台服务器均通过桥接联网，一台master节点两台普通节点，分别如下

k8s-master：10.30.81.127
k8s-node1：10.30.81.128
k8s-node2：10.30.81.130

ensp配置

按照上图搭建出ensp部分的网络设备连接拓扑，然后分别配置R1、R2和两朵云， R1和R2上配置如下

:'
R1上配置
'
#接口ip配置
intg0/0/0
ipa20.20.20.1024
intg0/0/1
ipa10.30.81.11824
intg0/0/2
ipa30.30.30.1024
#设置静态路由,跳到下一个网段
iproute-static192.168.219.02420.20.20.20
iproute-static192.168.219.02430.30.30.20
#bgp配置，把同AS内的ibgppeer也配置了
bgp64512
peer10.30.81.127as-number64512
peer10.30.81.128as-number64512
peer10.30.81.130as-number64512
peer192.168.219.10as-number64513
peer192.168.219.10ebgp-max-hop5
peer192.168.219.10connect-interfaceg0/0/1
peer10.30.81.127reflect-client
peer10.30.81.128reflect-client
peer10.30.81.130reflect-client
displaybgppeer
displaybgpip-routing
displayipinterfacebr
displayiprouting-table
:'
R2上配置
'
#接口ip配置
intg0/0/0
ipa192.168.219.1024
intg0/0/1
ipa20.20.20.2024
intg0/0/2
ipa30.30.30.2024
#设置静态路由,跳到下一个网段
iproute-static10.30.81.02420.20.20.10
iproute-static10.30.81.02430.30.30.10
#bgp配置,把同AS内的ibgppeer也配置了
bgp64513
peer10.30.81.118as-number64512
peer10.30.81.118ebgp-max-hop5
peer10.30.81.118connect-interfaceg0/0/0
peer192.168.219.20as-number64513
peer192.168.219.40as-number64513
peer192.168.219.20reflect-client
peer192.168.219.40reflect-client
displaybgppeer
displaybgpip-routing
displayipinterfacebr
displayiprouting-table

按如上配置好后R1和R2，并且配置好两朵云后，在R2上ping 10.30.81.118是可以成功的了，并且我们也可以观察到R1和R2已经建立起了EBGP关系。但是从R2上ping k8s集群的任何一台主机都不通，而是会报host unreachable，因为k8s节点主机上并没有回程路由，它们并不知道将icmp的replay包发往往R1，因此需要在三台主机上添加路由

#此时添加如下路由也不会有效,因为从R2上发出来的ping包源ip不是192.1168.219.0/24网段的
routeadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33
echorouteadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33>>/etc/rc.local
iprouteadd192.168.219.0/24via10.30.81.118devens33
#添加如下路由才会在R2上ping通现有k8s集群节点。可以在ping通后删除掉,因为R2只是中间节点而已
routeadd-n20.20.20.0/24gw10.30.81.118devens33
routeadd-n30.30.30.0/24gw10.30.81.118devens33

在k8s所有节点添加了如上的路由就可以在R2上ping通所有的k8s节点了

新机器加入k8s集群

创建虚机并配置它的网络为nat模式，配置它们的网卡和路由，注意不要让它们有10.30.81.0/24网段的路由指向vmnet8。网卡配置如下

#网卡配置如下
[root@k8s-node4~]#catifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
DNS1=8.8.8.8
IPADDR=192.168.219.40
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.219.10
BOOTPROTO=static
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
NAME=ens33
UUID=6ef9b5bf-31c1-43b9-89d6-b8e89ab3c9c3
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
#下面的路由可以不加
routeadd-net10.30.81.0/24gw192.168.219.10devens33

之后就是节点加入k8s的准备

系统配置，如下

echo"StopFirewalld"
systemctlstopfirewalld
systemctldisablefirewalld
sed-ie's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g'/etc/selinux/config
setenforce0
echo"net.ipv4.ip_forward=1">>/etc/sysctl.conf
echo"net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1">>/etc/sysctl.conf
echo"net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1">>/etc/sysctl.conf
echo"net.bridge.bridge-nf-call-arptables=1">>/etc/sysctl.conf
swapoff-a
echoswapoff-a>>/etc/rc.local
sysctl-p

从已k8s集群节点中将kubeadm、kubelet、kubectl的二进制文件拷贝到/usr/bin目录下，设置kubelet开机自启，kubelet的配置如下

[Unit]
Description=kubelet:TheKubernetesNodeAgent
Documentation=https://kubernetes.io/docs/
Wants=network-online.target
After=network-online.target
[Service]
ExecStart=/usr/bin/kubelet--bootstrap-kubeconfig=/etc/kubernetes/bootstrap-kubelet.conf--kubeconfig=/etc/kubernetes/kubelet.conf--config=/var/lib/kubelet/config.yaml--network-plugin=cni--pod-infra-container-image=k8s.gcr.io/pause:3.2--fail-swap-on=false
Restart=always
StartLimitInterval=0
RestartSec=10
[Install]
WantedBy=multi-user.target

安装docker

从已有k8s集群节点中将calico相关的容器镜像、kube-proxy镜像导出并给导入到新节点中。集群已经存在了， k8s控制平面的apiserver、etcd、controller-manager、scheduler镜像可以不拷到新节点。

使用kubeadm将新节点加入k8s集群

验证跨网段之间的通信是走了ensp网络的，从k8s-master上跟踪到k8s-node3的路由路径，下一跳中存在20.20.20.20为R2的接口

[root@k8s-master~]#traceroute192.168.219.20
tracerouteto192.168.219.20(192.168.219.20),30hopsmax,60bytepackets
110.30.81.118(10.30.81.118)18.396ms79.412ms79.396ms
220.20.20.20(20.20.20.20)79.387ms79.380ms83.814ms
3k8s-node3(192.168.219.20)108.104ms112.777ms117.847ms

通过如上搭建出了5节点的跨网段k8s集群，如下

[root@k8s-node4~]#kubectlgetnode-owide
NAMESTATUSROLESAGEVERSIONINTERNAL-IP
k8s-masterReadycontrol-plane,master45dv1.20.010.30.81.127
k8s-node1Ready<none>45dv1.20.010.30.81.128
k8s-node2Ready<none>9dv1.20.010.30.81.130
k8s-node3Ready<none>20hv1.20.0192.168.219.20
k8s-node4Ready<none>20hv1.20.0192.168.219.40

calico配置bgp

配置bgp需要使用calicoctl工具，自己准备好，配置bgp主要分为以下步骤

确认calico部署是纯BGP模式
关闭BGP默认的full mesh模式
修改指定主机k8s-node3和k8s-node4的bgp as number值为64513
给所有主机打标签进行bgp as分组，满足bpg peer选择特定的peer对等体
创建bgp peer，通过第四步打的标签让rr client与rr建立ibgp关系

确认calico-node的如下两个配置为Never

-name:CALICO_IPV4POOL_IPIP
value:"Never"
-name:CALICO_IPV4POOL_VXLAN
value:"Never"

calico的bgp模式默认是full mesh的，将其关闭

calicoctlgetbgpconfigurationdefault-oyaml
apiVersion:projectcalico.org/v3
items:
-apiVersion:projectcalico.org/v3
kind:BGPConfiguration
metadata:
creationTimestamp:"2021-09-05T06:23:50Z"
name:default
resourceVersion:"555583"
uid:9438105f-cdd8-4315-8694-6d4885c76c85
spec:
logSeverityScreen:Info
nodeToNodeMeshEnabled:false#修改为false后calicoctlapply-fbgpconfiguration.yaml
kind:BGPConfigurationList
metadata:
resourceVersion:"580613"

将calico节点k8s-node3和k8s-node4的bgp as number设置为64513

calicoctlgetnodek8s-node3-oyaml>node3.yaml
apiVersion:projectcalico.org/v3
kind:Node
metadata:
annotations:
projectcalico.org/kube-labels:'{"beta.kubernetes.io/arch":"amd64","beta.kubernetes.io/os":"linux","kubernetes.io/arch":"amd64","kubernetes.io/hostname":"k8s-node3","kubernetes.io/os":"linux"}'
creationTimestamp:"2021-09-04T14:03:35Z"
labels:
beta.kubernetes.io/arch:amd64
beta.kubernetes.io/os:linux
kubernetes.io/arch:amd64
kubernetes.io/hostname:k8s-node3
kubernetes.io/os:linux
name:k8s-node3
resourceVersion:"580885"
uid:64f44ad1-f537-43f3-9f0e-d5d5b80adba2
spec:
addresses:
-address:192.168.219.20/24
type:CalicoNodeIP
-address:192.168.219.20
type:InternalIP
bgp:
asNumber:64513#添加这一行
ipv4Address:192.168.219.20/24
orchRefs:
-nodeName:k8s-node3
orchestrator:k8s
status:
podCIDRs:
-10.244.4.0/24

给节点打标签

#此时添加如下路由也不会有效,因为从R2上发出来的ping包源ip不是192.1168.219.0/24网段的
routeadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33
echorouteadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33>>/etc/rc.local
iprouteadd192.168.219.0/24via10.30.81.118devens33
#添加如下路由才会在R2上ping通现有k8s集群节点。可以在ping通后删除掉,因为R2只是中间节点而已
routeadd-n20.20.20.0/24gw10.30.81.118devens33
routeadd-n30.30.30.0/24gw10.30.81.118devens33
0

创建calico的bgp peer实例，因为在ensp配置部分已经在R1、R2上配置好了RR模式。在RR模式下我们选择将所有的k8s节点都作为rr的client，因此同意as下的k8s节点间不需要再建立ibgp对等体关系，剩下的则让各自as的k8s节点分别和R1与R2建立ibgp关系即可

#此时添加如下路由也不会有效,因为从R2上发出来的ping包源ip不是192.1168.219.0/24网段的
routeadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33
echorouteadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33>>/etc/rc.local
iprouteadd192.168.219.0/24via10.30.81.118devens33
#添加如下路由才会在R2上ping通现有k8s集群节点。可以在ping通后删除掉,因为R2只是中间节点而已
routeadd-n20.20.20.0/24gw10.30.81.118devens33
routeadd-n30.30.30.0/24gw10.30.81.118devens33
1

验证bgp路由宣告和pod间通信

使用标签在各个节点行创建pod，然后找跨网端的两台主机的pod进行ping通信并抓包。创建pod

#此时添加如下路由也不会有效,因为从R2上发出来的ping包源ip不是192.1168.219.0/24网段的
routeadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33
echorouteadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33>>/etc/rc.local
iprouteadd192.168.219.0/24via10.30.81.118devens33
#添加如下路由才会在R2上ping通现有k8s集群节点。可以在ping通后删除掉,因为R2只是中间节点而已
routeadd-n20.20.20.0/24gw10.30.81.118devens33
routeadd-n30.30.30.0/24gw10.30.81.118devens33
2

看看创建出来的pod的分布情况

#此时添加如下路由也不会有效,因为从R2上发出来的ping包源ip不是192.1168.219.0/24网段的
routeadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33
echorouteadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33>>/etc/rc.local
iprouteadd192.168.219.0/24via10.30.81.118devens33
#添加如下路由才会在R2上ping通现有k8s集群节点。可以在ping通后删除掉,因为R2只是中间节点而已
routeadd-n20.20.20.0/24gw10.30.81.118devens33
routeadd-n30.30.30.0/24gw10.30.81.118devens33
3

在bird客户端看看学习到的bgp路由，在k8s-master节点上操作，其自身pod子网段为：10.244.235.192/26

rr路由宣告

在ensp网络的R1上其应该能学习到所有k8s节点的pod子网对应的子网段路由

R1学习的bgp路由

接着通过跨网段节点的pod间通信抓包验证， as64512的k8s-master节点的pod master与as64513的k8s-node3的pod node3间通信抓包，在R2上抓包

#此时添加如下路由也不会有效,因为从R2上发出来的ping包源ip不是192.1168.219.0/24网段的
routeadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33
echorouteadd-n192.168.219.0/24gw10.30.81.118devens33>>/etc/rc.local
iprouteadd192.168.219.0/24via10.30.81.118devens33
#添加如下路由才会在R2上ping通现有k8s集群节点。可以在ping通后删除掉,因为R2只是中间节点而已
routeadd-n20.20.20.0/24gw10.30.81.118devens33
routeadd-n30.30.30.0/24gw10.30.81.118devens33
4

R2抓包

如上跨节点k8s集群基于bgp实现了pod间的通信

手动维护bgp

实验过程中在ENSP部分有关R1/R2的bgp配置都是手工进行维护的，针对每机架一个AS的部署模式，怎么监控到一个AS内的主机的上下线，然后自动的更新RR上client的信息。

bgp架构的思考

在本篇测试中只建立了"每机架作为一个独立as"架构的测试，该架构中最上层是采用交换机连接，因此要求所有不同网段中的RR要建立其ebgp关系，不一定要全互联但是要保证每个RR都可以从某一个RR学到其他剩余的RR宣告的BGP路由。"每机架作为一个独立AS"架构的另一种为最上层为路由器，他们与所有RR都建立EBGP关系，这样在RR之间就不需要再建立BGP关系了。另外就是考虑路由条目变多后，哪种架构更合适，暂未涉及。

问题记录

ensp使用云无法找到vmnet8网卡问题，重装winPcap，重装ensp，路由和同网段主机突然不通了可能是网卡找不到...
ensp路由设备无效问题：见ensp界面右上角菜单查找帮助手册，删掉页面上的所有设备重新注册，还是失败考虑重装ensp...
workstation在nat模式下无法连接虚机：先查主机上vmnet8网卡的ip地址，在虚拟网络编辑器中设置nat时，设置的nat范围需要和vmnet8的ip地址在同一网段且网关设置为vmnet8的ip
新增k8s节点在安装必备的工具时可以先切换回桥接联网，然后再切换回nat，然后在加入k8s集群
ensp部分网络配置不通可以直接在路由器R1和R2的两端接口处抓包，分析哪段不通，哪段接到请求但是没有响应

本文为原创投稿文章，文章原文：https://larioy.gst.monster/2021/09/05/k8s-ji-chong-cni-fang-an-jie-xi/calico/ensp-mo-ni-calico-kua-wang-duan-bgp-wang-luo/