《云原生网络数据面可观测性最佳实践》——二、全景剖析阿里云容器网络数据链路——4. Terway IPVLAN+EBPF 模式架构设计(上)

简介: 《云原生网络数据面可观测性最佳实践》——二、全景剖析阿里云容器网络数据链路——4. Terway IPVLAN+EBPF 模式架构设计(上)

弹性网卡(ENI)支持配置多个辅助IP的功能,单个弹性网卡(ENI)根据实例规格可以分配6-20个辅助IP,ENI多IP模式就是利用了这个辅助IP分配给容器,从而大幅提高了Pod部署的规模和密度。在网络联通的方式上,Terway支持选择Veth pair策略路由和ipvlan l两种方案,Linux在4.2以上的内核中支持了ipvlan的虚拟网络,可以实现单个网卡虚拟出来多个子网卡用不同的IP地址,而Terway便利用了这种虚拟网络类型,将弹性网卡的辅助IP绑定到IPVlan的子网卡上来打通网络,使用这种模式使ENI多IP的网络结构足够简单,性能也相对veth策略路由较好。

 image.png

 

Pod 所使用的CIDR网段和节点的CIDR是同一个网段 

image.png

 

Pod内部可以看到是有一张网卡的,一个是eth0,其中eth0的IP就是Pod的IP,此网卡的MAC地址和控制台上的ENI的MAC地址不一致,同时ECS上有多张 ethx的网卡,说明ENI附属网卡并不是直接挂在到了Pod的网络命名空间。

image.png

image.png

 

Pod内有只有指向eth0的默认路由,说明Pod访问任何地址段都是从eth0为统一的出入口。

image.png

那么Pod是如何ECS OS进行通信呢?在OS层面,我们一看到ipvl_x的网卡,可以看到是附属于eth1的,说明在OS层面会给每个附属网卡创建一个ipvl_x的网卡,用于建立OS和Pod内的连接隧道。

image.png

ECS OS内对于数据流量是怎么判断去哪个容器呢? 通过OS Linux Routing我们可以看到,所有目的是Pod IP的流量都会被转发到Pod对应的ipvl_x虚拟往卡上,到这里为止,ECS OS和Pod的网络命名空间已经建立好完整的出入链路配置了。到目前为止介绍了IPVLAN在网络架构上实现了。image.png

对于eni多IP的实现,这个类似于《Terway ENIIP模式架构原理,TerwayPod是通过daemonset的方式部署在每个节点上的,通过下面命令可以看到每个节点上的TerwayPod。通过terway-cli show factory 命令可以看到节点上的附属ENI数量、MAC地址以及每个ENI上的IP

image.png

 那么对于SVC来说,是如何实现的呢?

 

看过前面 四个系列的朋友,应该知道对于Pod访问SVC,容器是利用各种办法将请求转发到Pod所在的ECS层面,由ECS内的netfilter模块来实现SVC IP的解析,这固然是个好办法,但是由于数据链路需要从Pod的网络命名空间切换到ECS的OS的网络命名空间,中间经过了2次内核协议栈,必然会产生性能损失,如果对高并发和高性能有机制追求,可能并不完全满足客户的需求。那么对于高并发和延迟敏感业务,该如何实现呢?有没有办法让Pod访问SVC直接在Pod的网络命名空间中就实现了后端解析,这样结合IPVLAN这样至实现了一次内核协议栈。

 

在4.19版本内核中,ebpf的出现,很好的实现了这个需求,这里不对ebpf做过多说明,感兴趣的可以访问官方链接,小伙伴们只需要知道ebpf是一种可以安全在内核层面运行的安全沙盒,当触发内核的指定行为,ebpf设定程序会被执行。利用这个特性,我们可以实现在tc层面对访问SVC IP的数据包进行修改。

image.png

例如,同上图,可以看到集群内有一个名为nginx的svc,clusterIP是192.168.27.242,后端pod IP是10.0.3.38. 通过cilium bpf lb list 可以看到在ebpf程序中对于clusterIP 192.168.27.242的访问会被转到10.0.3.38 这个IP上,而Pod内只有一个默认路由。此处说明,IPVLAN+EBPF模式下,如果Pod访问SVC IP,SVCIP在Pod的网络命名空间内就会被ebpf转为某个SVC 后端pod的IP,之后数据链路被发出Pod。也就是说SVCIP只会在Pod内被捕获,在源端ECS,目的端Pod和目的端的Pod所在ECS都无法被捕获到。

 

假如一个SVC后后段有100+Pod,因为ebpf存在,Pod外无法捕获到SVCIP,所在一旦出现网络抖动,对于抓包该抓那个后端IP或该在哪个后端Pod出抓包呢?想一想,是不是一个非常头疼又无解的场景?  目前容器服务和AES共创了ACK Net-Exporter容器网络可观测性工具,可以针对此场景进行持续化的观测和问题判断。

 

故Terway IPVLAN+EBPF 模式总体可以归纳为:

4.2以上内核中支持了ipvlan虚拟网络,可以实现单个网卡虚拟出来多个子网卡用不同IP地址,而Terway便利用了这种虚拟网络类型,将弹性网卡辅助IP绑定到IPVlan子网卡上来打通网络,使用这种模式使ENI多IP网络结构足够简单,性能也相对veth策略路由较好

节点访问pod 需要经过host协议栈,pod和pod 间访问不经过host的协议

IPVLAN+EBPF模式下,如果Pod访问SVC IP,SVCIP在Pod网络命名空间内就会被ebpf转为某个SVC 后端podIP,之后数据链路被发出Pod也就是说SVCIP只会在Pod内被捕获,在源端ECS,目端PodPod所在ECS都无法被捕获到

 

1) Terway IPVLAN+EBPF 模式容器网络数据链路剖析

针对容器网络特点,我们可以将Terway IPVLAN+EBPF模式下的网络链路大体分为以Pod IP对外提供服务和以SVC对外提供服务两个大的SOP场景,进一步细分,可以归纳为12个不同的小的SOP场景。

 image.png

 对这15个场景的数据链路梳理合并,这些场景可以归纳为下面11类典型的场景:

TerwayENI架构下,不同的数据链路访问情况下,可以总结归纳为11类:

 

访问Pod IP同节点访问Pod

访问Pod IP,同节点pod间互访(pod属于同ENI)

访问Pod IP,同节点pod间互访(pod属于不同ENI)

不同节点间Pod之间互访

集群内Pod访问SVC ClusterIP(含Terway版本≥1.2.0,访问ExternalIP),SVC后端Pod和客户端Pod配属同一个ENI

集群内Pod访问SVC ClusterIP(含Terway版本≥1.2.0,访问ExternalIP),SVC后端Pod和客户端Pod配属不同ENI(同ECS)

集群内Pod访问SVC ClusterIP(含Terway版本≥1.2.0,访问ExternalIP),SVC后端Pod和客户端Pod不属于不同ECS

集群内Pod访问SVC ExternalIP(Terway版本≤1.2.0),SVC后端Pod和客户端Pod配属同一个ENI

集群内Pod访问SVC ExternalIP(Terway版本≤1.2.0),SVC后端Pod和客户端Pod配属不同ENI(同ECS)

集群内Pod访问SVC ExternalIP(Terway版本≤1.2.0),SVC后端Pod和客户端Pod部署于不同ECS

集群外访问SVC ExternalIP

 

2) 场景一:访问Pod IP,同节点访问pod

环境

image.png

 

cn-hongkong.10.0.3.15节点上存在 nginx-7d6877d777-j7dqz和10.0.3.38。

内核路由

nginx-7d6877d777-j7dqz IP地址10.0.3.38。该容器在宿主机表现的PID是329470,该容器网络命名空间有指向容器eth0的默认路由。

image.png

image.png

 该容器eth0在ECS OS 内是通过ipvlan隧道的方式和ECS的附属ENI eth1建立的隧道,同时附属ENI eth1还有个虚拟的ipvl_8@eth1 网卡

image.png

 通过OS Linux Routing我们可以看到,所有目的是Pod IP的流量都会被转发到Pod对应的ipvl_x虚拟往卡上,这样就建立完毕ECS和Pod之间的连接隧道了。

image.png

 

小结

可以访问到目

nginx-7d6877d777-zp5jg netns eth0 可以抓到数据包。

image.png

ECS的ipvl_8 可以抓到数据包。

image.png

数据链路转发示意图:

 image.png

不会经过分配给pod附属网卡

整个链路是通过查找路由表进入ipvl_xxx不需要经过ENI

整个请求链路是node -> ipvl_xxx ->ECS1 Pod1

 

3) 场景二:访问Pod IP,同节点pod间互访(pod属于同ENI)

环境

image.png

 cn-hongkong.10.0.3.15节点上存在 nginx-7d6877d777-j7dqz和

centos-6c48766848-znkl8 两个pod,IP分别为10.0.3.38和10.0.3.5

image.png

 通过此节点的terwayPod,我们可以利用 terway-cli show factory的命令看到 这两个IP (10.0.3.5和10.0.3.38)都属于同一个MAC地址00:16:3e:04:08:3a,说明这两个IP属于同一个ENI,进而可以推断出nginx-7d6877d777-j7dqz和centos-6c48766848-znkl8 属于同一个ENI 网卡。

内核路由

centos-6c48766848-znkl8 IP地址10.0.3.5,该容器在宿主机表现的PID是2747933,该容器网络命名空间有指向容器eth0的默认路由。有且只有一条,说明pod访问所有地址都需要通过该默认路由。

image.png

image.png

 nginx-7d6877d777-j7dqz IP地址10.0.3.38。该容器在宿主机表现的PID是329470,该容器网络命名空间有指向容器eth0的默认路由。

image.png

image.png

该容器eth0在ECS OS 内是通过ipvlan隧道的方式和ECS的附属ENI eth1建立的隧道,同时附属ENI eth1还有个虚拟的ipvl_8@eth1 网卡。

image.png

 

小结

可以访问到目

centos-6c48766848-znkl8 netns eth0 可以抓到数据包。

image.png

nginx-7d6877d777-zp5jg netns eth0 可以抓到数据包。

image.png

ipvl_8 网卡并没有捕获到相关的数据流量包。

image.png 数据链路转发示意图:

 image.png

不会经过分配给pod附属网卡。不会经过任何宿主机ECS网络空间中间节点

整个链路不会和请求不会经过pod所分配ENI,直接在OSns中命中Ip rule 被转发到对端pod

整个请求链路是ECS1 Pod1 ->ECS1 Pod2(发生在ECS内部),和IPVS相比,避免了calico网卡设备两次转发,性能是更好


4) 场景三:访问Pod IP,同节点pod间互访(pod属于不同ENI)

环境

image.png cn-hongkong.10.0.3.15节点上存在 nginx-7d6877d777-j7dqz和busybox-d55494495-8t677 两个pod,IP分别为10.0.3.38和10.0.3.22。

image.png

 通过此节点terwayPod我们可以利用 terway-cli show factory命令看到 这两个IP (10.0.3.2210.0.3.38)都属于同一个MAC地址00:16:3e:01:b7:bd00:16:3e:04:08:3a说明这两个IP属于不同ENI,进而可以推断出nginx-7d6877d777-j7dqzbusybox-d55494495-8t677 属于不同ENI 网卡。

内核路由

busybox-d55494495-8t677 IP地10.0.3.22该容器在宿主机表现PID是2956974,该容器网络命名空间有指向容器eth0的默认路由。有且只有一条,说明pod访问所有地址都需要通过该默认路由。

image.png

image.png

nginx-7d6877d777-j7dqz IP地址10.0.3.38。该容器在宿主机表现PID是329470,该容器网络命名空间有指向容器eth0的默认路由。

image.png

image.png

该容器eth0在ECS OS 内是通过ipvlan隧道方式和ECS附属ENI eth1建立隧道,通过mac地址一样可以看到,

nginx-7d6877d777-j7dqzbusybox-d55494495-8t677 分别被分配eth1和eth2。

image.png

小结

可以访问到目

busybox-d55494495-8t677 netns eth0 可以抓到数据包。image.png

 nginx-7d6877d777-zp5jg netns eth0 可以抓到数据包。

image.png 数据链路转发示意图:

image.png

 

不会经过分配给pod附属网卡。不会经过任何宿主机ECS网络空间中间节点

整个链路是需要从客户端pod所属ENI网卡出ECS再从目POD所属ENI网卡进入ECS

整个请求链路是ECS1 Pod1 ->ECS1 eth1 -> VPC ->ECS1 eth2 ->ECS1 Pod2

 

更多精彩内容,欢迎观看:

《云原生网络数据面可观测性最佳实践》——二、全景剖析阿里云容器网络数据链路——4. Terway IPVLAN+EBPF 模式架构设计(中):https://developer.aliyun.com/article/1221414?spm=a2c6h.13148508.setting.30.15f94f0euQBp6L

相关实践学习
2分钟自动化部署人生模拟器
本场景将带你借助云效流水线Flow实现人生模拟器小游戏的自动化部署
7天玩转云服务器
云服务器ECS(Elastic Compute Service)是一种弹性可伸缩的计算服务,可降低 IT 成本,提升运维效率。本课程手把手带你了解ECS、掌握基本操作、动手实操快照管理、镜像管理等。了解产品详情: https://www.aliyun.com/product/ecs
相关文章
|
3天前
|
供应链 安全 Cloud Native
阿里云飞天企业版获【可信云·容器平台安全能力】先进级认证
阿里云飞天企业版容器系列产品获中国信息通信研究院【可信云·容器平台安全能力】先进级认证,这是飞天企业版容器产品获得《等保四级PaaS平台》和《 云原生安全配置基线规范V2.0》之后,本年度再一次获得行业权威认可,证明飞天企业版的容器解决方案具备符合行业标准的最高等级容器安全能力。
阿里云飞天企业版获【可信云·容器平台安全能力】先进级认证
|
24天前
|
人工智能 弹性计算 运维
ACK Edge与IDC:高效容器网络通信新突破
本文介绍如何基于ACK Edge以及高效的容器网络插件管理IDC进行容器化。
|
26天前
|
运维 Kubernetes Java
阿里云容器计算服务ACS ,更普惠易用、更柔性、更弹性的容器算力
ACS是阿里云容器服务团队推出的一款面向Serverless场景的子产品,基于K8s界面提供符合容器规范的CPU及GPU算力资源。ACS采用Serverless形态,用户无需关注底层节点及集群运维,按需申请使用,秒级按量付费。该服务旨在打造更普惠易用、更柔性、更弹性的新一代容器算力,简化企业上云门槛,加速业务创新。ACS支持多种业务场景,提供通用型、性能型及BestEffort算力质量,帮助客户更从容应对流量变化,降低综合成本。
|
6天前
|
人工智能 运维 Kubernetes
阿里云容器服务AI助手2.0 - 新一代容器智能运维能力
2024年11月,阿里云容器服务团队进一步深度融合现有运维可观测体系,在场景上覆盖了K8s用户的全生命周期,正式推出升级版AI助手2.0,旨在更好地为用户使用和运维K8S保驾护航。
|
2天前
|
容灾 网络协议 数据库
云卓越架构:云上网络稳定性建设和应用稳定性治理最佳实践
本文介绍了云上网络稳定性体系建设的关键内容,包括面向失败的架构设计、可观测性与应急恢复、客户案例及阿里巴巴的核心电商架构演进。首先强调了网络稳定性的挑战及其应对策略,如责任共担模型和冗余设计。接着详细探讨了多可用区部署、弹性架构规划及跨地域容灾设计的最佳实践,特别是阿里云的产品和技术如何助力实现高可用性和快速故障恢复。最后通过具体案例展示了秒级故障转移的效果,以及同城多活架构下的实际应用。这些措施共同确保了业务在面对网络故障时的持续稳定运行。
|
25天前
|
人工智能 运维 监控
阿里云ACK容器服务生产级可观测体系建设实践
本文整理自2024云栖大会冯诗淳(花名:行疾)的演讲,介绍了阿里云容器服务团队在生产级可观测体系建设方面的实践。冯诗淳详细阐述了容器化架构带来的挑战及解决方案,强调了可观测性对于构建稳健运维体系的重要性。文中提到,阿里云作为亚洲唯一蝉联全球领导者的容器管理平台,其可观测能力在多项关键评测中表现优异,支持AI、容器网络、存储等多个场景的高级容器可观测能力。此外,还介绍了阿里云容器服务在多云管理、成本优化等方面的最新进展,以及即将推出的ACK AI助手2.0,旨在通过智能引擎和专家诊断经验,简化异常数据查找,缩短故障响应时间。
阿里云ACK容器服务生产级可观测体系建设实践
|
11天前
|
Prometheus Kubernetes 监控
OpenAI故障复盘 - 阿里云容器服务与可观测产品如何保障大规模K8s集群稳定性
聚焦近日OpenAI的大规模K8s集群故障,介绍阿里云容器服务与可观测团队在大规模K8s场景下我们的建设与沉淀。以及分享对类似故障问题的应对方案:包括在K8s和Prometheus的高可用架构设计方面、事前事后的稳定性保障体系方面。
|
3天前
|
监控 安全 Cloud Native
阿里云容器服务&云安全中心团队荣获信通院“云原生安全标杆案例”奖
2024年12月24日,阿里云容器服务团队与云安全中心团队获得中国信息通信研究院「云原生安全标杆案例」奖。
|
26天前
|
供应链 安全 Cloud Native
阿里云容器服务助力企业构建云原生软件供应链安全
本文基于2024云栖大会演讲,探讨了软件供应链攻击的快速增长趋势及对企业安全的挑战。文中介绍了如何利用阿里云容器服务ACK、ACR和ASM构建云原生软件供应链安全,涵盖容器镜像的可信生产、管理和分发,以及服务网格ASM实现应用无感的零信任安全,确保企业在软件开发和部署过程中的安全性。
|
26天前
|
人工智能 Kubernetes Cloud Native
阿里云容器服务,智算时代云原生操作系统
2024云栖大会,阿里巴巴研究员易立分享了阿里云容器服务的最新进展。容器技术已成为云原生操作系统的基石,支持多样化的应用场景,如自动驾驶、AI训练等。阿里云容器服务覆盖公共云、边缘云、IDC,提供统一的基础设施,助力客户实现数字化转型和技术创新。今年,阿里云在弹性计算、网络优化、存储解决方案等方面进行了多项重要升级,进一步提升了性能和可靠性。