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@mumoshu(Yusuke Kuoka)

開発用マシンからKubernetesのクラスタ内ネットワークに透過的にアクセスする

Last updated at Posted at 2017-06-13

モチベーション

  • マイクロサービス化を進めたり、サービスで利用しているミドルウェアが多くなると、ローカル環境にすべての依存サービス、ミドルウェアを同居させることがリソース的にきびしくなります
    • 基本的にすべてをAWS等のクラウドプロバイダ上にデプロイして、開発対象のサービスだけ置き換えられるといいですよね。しかも高速に。
    • Kubernetesならできます。

TL;DR;

  • minikubeとそれ以外でハマりどころが違いました。
  • ややこしいことに、K8Sと開発マシン、どちらからどちらへの通信を可能にするのか、もしくは両方なのか、によってやることがが変わります。
  • 以下では特に説明できていませんが、通信だけでなく、K8Sクラスタ内にあるVolumeをマウントしてローカルプロセスから参照したい・・・というような場合は、Telepresence一択です

この記事で説明しないこと

登場するOSS

基本的な考え方

VPN

最もスタンダードなのは、K8Sクラスタ内ネットワークと開発用マシンのネットワークをつなぐためにVPNを使うというものです。

minikube以外

your-laptop <---vpn over internet---> K8S cluster-internal net

minikube

your-laptop <---vpn over private network---> K8S cluster-internal network

ホストオンリーネットワーク

一方で、例えば、VirtualBoxの場合はVirtualBoxが作ったvboxnetに繋がるvboxnet<N>というインタフェース経由でminikubeVMのネットワークにアクセスできます。

your-laptop <---vboxnet---> VirtualBox machine

minikubeVMはkube-proxyによって設定されたiptablesによって、VM→K8Sクラスタ内ネットワークへのルートが設定されています。かつ、minikubeVMはcat /proc/sys/net/ipv4/ip_forwardが1となることからわかるようにIPフォワードが有効化されています。

そのため、ホストマシンに、K8SクラスタのServiceやPod IPのCIDRへのパケットをminikubeVM経由でルーティングするようなルートを設定してやれば、結果的にホストマシンからK8Sクラスタ内ネットワークにアクセスすることができます。

macOS --route--> minikubeVM --route--> K8S

iptables + sshポートフォワード = sshuttle

K8Sでは、kubectlでK8SのAPIサーバに繋がる状態でありさえすれば、kubectl port-forwardコマンドでローカルポートフォワードができます。つまり、ローカルの特定ポートへのパケットをK8Sクラスタの特定podの特定ポートに転送することができます。

これを応用して、特定podをssh serverにして、開発用マシンからフォワードされたポート経由でSSHトンネルを作成し、iptablesを使ってK8Sネットワーク宛のパケットをSSHトンネル経由とpod経由でK8Sネットワークに送るようにすれば、あたかもローカルプロセスがK8Sクラスタのネットワークに繋がったような状態にできます。
sshuttleというOSSがこれを実装していて、telepresenceの-m vpn-tcpはこれを利用しています。

参考: Telepresence - How it works

minikube以外の場合

開発マシン→K8S, K8S→開発マシン,

telepresence

以下の欠点に目を瞑れるのであればtelepresenceを使いましょう。

  • telepresenceの設計思想的に、また実際telepresenceのスタンダードなメソッド(inject-tcp)は特に、特定プロセスからK8Sクラスタ内のIPアドレスやDNS名が見えるようにします。
    • 結果的に、「開発機で動いているWebアプリを、クラスタ内のDNS名でChromeからアクセス」というようなことはできません。
    • IngressなりNodePort and/or LoadBalancerを使うワークアラウンドもありですが、ちょっと面倒かもしれません

kube-openvpn

TODO

minikubeの場合

VirtualBox前提で説明しますが、原理的にはVMWareなどでも一緒なはず…？

kube-openvpn

開発マシン・K8S間の双方向通信ができます。

開発マシン→K8S

K8Sクラスタ外のDNS名前解決ができなくなるのでNG

試してだめだったこと

- OpenVPNサーバ側の設定
- push "redirect-gateway"を追加してみた
- push "block-outside-dns"を追加してみた

おそらく、telepresence同様、DNSルックアップがループしている?

気をつけることとしては、あえてSplit DNSにすることと、K8Sクラスタ内ネットワークのドメイン配下の名前解決をするときだけK8SのDNSを使うように、開発用マシン側の設定を変更すること。

あえてSplit DNSにする

具体的には、OpenVPN Server側の設定で以下のようにpush "block-outside-dns"やpush "dhcp-options DNS ..."を記述しないようにする。

前者はVPNクランアント側でホストに元々設定されていたDNSを使わないようにする(VPNサーバ側のDNSの使用を矯正する)、後者はDHCP Options経由でVPNクライアント側がVPN接続後に名前解決に使うDNSサーバの場所を強制するという設定。

どちらを設定しても、VPN接続後にホストOSからはminikubeVMから直接見えるホスト名しか解決できなくなってしまう。また、minikubeVMはminikubeVMから直接見えないホスト名についてはホストOSのDNSレゾルバーに委譲するので、ホストOSのDNSリゾルバーをこのように無効化してしまうと、minikubeVMから直接見えるホスト名以外解決できなくなってしまう。例えば、google.comがホストOSからもminikubeVMからも解決できなくなってしまう。

server ${OVPN_NETWORK_ROUTE}
topology subnet
verb ${OVPN_VERB}

# Filled by Secrets object. Use generic names
key ${EASYRSA_PKI}/private.key
ca ${EASYRSA_PKI}/ca.crt
cert ${EASYRSA_PKI}/certificate.crt
dh ${EASYRSA_PKI}/dh.pem
tls-auth ${EASYRSA_PKI}/ta.key

key-direction 0
keepalive 10 60
persist-key
persist-tun
#push "block-outside-dns"

proto ${OVPN_PROTO}
cipher ${OVPN_CIPHER}
tls-cipher ${OVPN_TLS_CIPHER}

# Rely on scheduler to do port mapping, internally always 1194
port 1194
dev tun0

user nobody
group nogroup

push "dhcp-option DOMAIN ${OVPN_K8S_DOMAIN}"
#push "dhcp-option DNS ${OVPN_K8S_DNS}"

参考: Push DNS for only a domain OpenVPN - Server Fault
Mac OS X 10.8.4 で VPNを使うときに知っておきたいこと | hiro345

開発用マシン側で、K8Sクラスタ内のDNS名を解決するときだけK８SのDNSを使う

ここまでの手順でK8S ServiceのCluster IPにVPN経由でアクセスできるようになる。
ただし、まだK8SのServiceのDNS名などは解決できる状態にははなっていない。あえてVPNサーバ側のDNS設定を利用しないようにしたから。

VPN経由でK8S ServiceのIPにアクセスできるということは、kube-dnsのIPにもアクセスできるということ。
この状態で、cluster.local以下の名前解決のためのDNSクエリがkube-dnsにフォワードされるようにすれば名前解決もできるようになる。

/etc/resolver/cluster.local

nameserver 10.0.0.10

K8S→開発マシン

kube-openvpnのRouting back to the client参照

開発マシン→K8S

telepresenceのようにLD_PRELOADを乗っ取ったりVPN over SSHを使わなくてもできる。

KubernetesのService CIDRへの静的ルート追加

sudo route -n add 10.0.0.0/24 $(minikube ip)

これでkube-dnsはじめ、K8S ServiceのCluster IPにminikubeVM経由でアクセスできるようになる。
この状態で、cluster.local以下の名前解決のためのDNSクエリがkube-dnsにフォワードされるようにすればよい。

/etc/resolver/cluster.local

nameserver 10.0.0.10

テスト

nslookupはcurlなどが使うMacOSのDNSスタックを使わないので、このアプローチのテストには使えない。以下のようにdns-sdを使う。

$ dns-sd -G v4 nginx.default.svc.cluster.local
DATE: ---Tue 13 Jun 2017---
11:30:07.937  ...STARTING...
Timestamp     A/R Flags if Hostname                               Address                                      TTL
11:30:07.939  Add     2  0 nginx.default.svc.cluster.local.       10.0.0.242                                   39

dns-sdが通るなら、curlなどでも通るはず。
試しにkubectl run & exposeで起動したnginxにアクセスしてみる。

$ curl nginx.default.svc.cluster.local
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

Chromeでアクセスすることも可能。

image.png

参考リンク集

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