Configurazione di un gateway NAT in uscita

Questo documento descrive come configurare un gateway NAT in uscita per GDCV per Bare Metal. Questo gateway fornisce indirizzi IP SNAT permanenti e deterministici per il traffico in uscita dai cluster. Quando esegui carichi di lavoro che hanno traffico utente in uscita (all'esterno dei cluster), i clienti vogliono identificare questo traffico utilizzando alcuni indirizzi IP deterministici. Ciò consente ai tuoi clienti di stabilire misure di sicurezza basate sull'IP, come i criteri per l'inserimento nella lista consentita.

Il gateway NAT in uscita è abilitato utilizzando due risorse personalizzate. Per un determinato spazio dei nomi, la risorsa personalizzata NetworkGatewayGroup specifica indirizzi IP mobili che possono essere configurati nell'interfaccia di rete di un Nodo scelto per fungere da gateway. La risorsa personalizzata EgressNatPolicy consente di specificare criteri di routing in uscita per controllare il traffico sul gateway in uscita.

Se non configuri un gateway NAT in uscita o se il traffico in uscita non soddisfa le regole di selezione del traffico, il traffico in uscita da un determinato pod a una destinazione all'esterno del cluster viene mascherato all'indirizzo IP del nodo su cui è in esecuzione il pod. In questo scenario, non vi è alcuna garanzia che tutto il traffico in uscita da un determinato pod abbia lo stesso indirizzo IP di origine o che si massiccia allo stesso indirizzo IP del nodo.

Il gateway NAT in uscita è un'offerta di networking avanzata basata su Dataplane V2.

Come funziona il gateway NAT in uscita

La logica di selezione del traffico in uscita si basa su un selettore dello spazio dei nomi, un selettore pod e un set di intervalli di indirizzi IP di destinazione nella notazione a blocchi CIDR. Per illustrare il funzionamento del gateway NAT in uscita, consideriamo il flusso di un pacchetto da un pod a un consumer esterno e la risposta corrispondente. Supponiamo che la subnet del nodo abbia indirizzi IP nel blocco CIDR 192.168.1.0/24.

Il seguente diagramma mostra l'architettura di rete per il traffico in uscita attraverso un nodo gateway.

Diagramma del gateway NAT in uscita per GKE su Bare Metal

Il flusso dei pacchetti attraverso il gateway NAT in uscita potrebbe avere il seguente aspetto:

  1. Il traffico in uscita viene generato da un pod con indirizzo IP 10.10.10.1 in un nodo con indirizzo IP 192.168.1.1.

    L'indirizzo di destinazione del traffico è un endpoint esterno al cluster.

  2. Se il traffico corrisponde a una regola in uscita, il programma eBPF instrada il traffico in uscita al Nodo gateway, invece di mascherarlo direttamente con l'indirizzo IP del nodo.

  3. Il nodo gateway riceve il traffico in uscita.

  4. Il nodo gateway maschera l'indirizzo IP di origine del traffico di origine, 10.10.10.1, con l'indirizzo IP in uscita di origine, 192.168.1.100 specificato nella risorsa personalizzata EgressNATPolicy.

  5. Il traffico di ritorno torna al nodo gateway con destinazione 192.168.1.100.

  6. Il nodo gateway corrisponde alla connessione del traffico di ritorno con quello del traffico in uscita originale e riscrive l'indirizzo IP di destinazione come 10.10.10.1.

  7. 10.10.10.1 viene trattato come traffico in-cluster, instradato al nodo originale e consegnato al pod originale.

Configurare indirizzi IP mobili per il traffico dei nodi

La risorsa personalizzata Gruppo di gateway di rete è un componente in bundle di GKE su Bare Metal. La risorsa gestisce un elenco di uno o più indirizzi IP mobili da utilizzare per il traffico in uscita dai nodi nel cluster. I nodi partecipanti sono determinati dallo spazio dei nomi specificato. Il gruppo di gateway di rete rende disponibile un indirizzo IP mobile in qualsiasi momento secondo il criterio del "best effort". Se un nodo che utilizza un indirizzo IP mobile non è disponibile, l'operatore di rete avanzato sposta l'indirizzo IP assegnato al successivo nodo disponibile. Verrà spostato anche tutto il traffico in uscita dei carichi di lavoro che utilizza quell'indirizzo IP.

Includi i dettagli del gruppo di gateway di rete (annotazione e specifica) nel file di configurazione del cluster quando crei un nuovo cluster 1.16.8.

Crea la risorsa personalizzata NetworkGatewayGroup

Abilita il gruppo di gateway di rete impostando il campo spec.clusterNetwork.advancedNetworking su true nel file di configurazione del cluster quando crei un cluster, come mostrato nell'esempio seguente:

apiVersion: baremetal.cluster.gke.io/v1
kind: Cluster
metadata:
  name: cluster1
  namespace: cluster-cluster1
spec:
  clusterNetwork:
    ...
    advancedNetworking: true
    ...

Quando crei la risorsa personalizzata NetworkGatewayGroup, impostane lo spazio dei nomi sullo spazio dei nomi del cluster e specifica un elenco di indirizzi IP mobili, come mostrato nell'esempio seguente:

kind: NetworkGatewayGroup
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  namespace: cluster-cluster1
  name: default
spec:
  floatingIPs:
  - 192.168.1.100
  - 192.168.1.101
  - 192.168.1.102

L'operatore di networking avanzato assegna gli IP mobili ai nodi in base ai seguenti criteri:

  • Subnet del nodo: l'indirizzo IP mobile deve corrispondere alla subnet del nodo.
  • Ruolo del nodo (piano di controllo, worker): i nodi worker hanno la precedenza sui nodi del piano di controllo quando assegnano indirizzi IP mobili.
  • Se un nodo ha un indirizzo IP mobile: l'operatore dà la priorità alle assegnazioni ai nodi a cui non è già stato assegnato un IP mobile.

Il mapping di indirizzo/nodi è disponibile nella sezione status quando ottieni l'oggetto NetworkGatewayGroup. Tieni presente che l'oggetto NetworkGatewayGroup si trova nello spazio dei nomi kube-system. Se un nodo gateway non è attivo, l'operatore di rete avanzato assegna gli indirizzi IP mobili al successivo nodo disponibile.

Verifica la configurazione del gateway

Dopo aver applicato le modifiche alla configurazione del gateway, puoi utilizzare kubectl per verificare lo stato del gateway e recuperare gli indirizzi IP mobili specificati per il gateway.

  1. Utilizza il seguente comando per controllare lo stato di NetworkGatewayGroup e vedere come vengono allocati gli indirizzi IP mobili:

    kubectl -n kube-system get networkgatewaygroups.networking.gke.io default -o yaml

    La risposta per un cluster con due nodi, worker1 e worker2, potrebbe essere simile a questo:

    kind: NetworkGatewayGroup
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  namespace: kube-system
  name: default
spec:
  floatingIPs:
  - 192.168.1.100
  - 192.168.1.101
  - 192.168.1.102
status:
  nodes:
    worker1: Up
    worker2: Up // Or Down
  floatingIPs:
    192.168.1.100: worker1
    192.168.1.101: worker2
    192.168.1.102: worker1

Impostare le regole di selezione del traffico

La risorsa personalizzata EgressNATPolicy specifica regole di selezione del traffico e assegna un indirizzo IP deterministico per il traffico in uscita dal cluster. Quando specifichi la risorsa personalizzata, sono tutti obbligatori egress (con almeno una regola), destinationCIDRs e egressSourceIP.

Utilizza kubectl apply per creare la risorsa personalizzata EgressNATPolicy. Le seguenti sezioni forniscono dettagli ed esempi per definire la specifica.

Specifica le regole di routing in uscita

La risorsa personalizzata EgressNatPolicy consente di specificare le seguenti regole per il traffico in uscita:

  • Devi specificare una o più regole di selezione del traffico in uscita nella sezione egress.

    • Ogni regola è composta da un podSelector e un namespaceSelector.
    • La selezione si basa su un'etichetta dello spazio dei nomi, namespaceSelector.matchLabels.user, e un'etichetta del pod, podSelector.matchLabels.role.
    • Se un pod corrisponde a una qualsiasi delle regole (la corrispondenza utilizza una relazione OR), viene selezionato per il traffico in uscita.

  • Specifica gli indirizzi di destinazione consentiti nella sezione destinationCIDRs.

    • destinationCIDRs richiede un elenco di blocchi CIDR.
    • Se il traffico in uscita da un pod ha un indirizzo IP di destinazione che rientra nell'intervallo di uno qualsiasi dei blocchi CIDR specificati, viene selezionato per il traffico in uscita.

Nell'esempio seguente, il traffico in uscita da un pod è consentito quando vengono soddisfatti i seguenti criteri:

  • Il pod è etichettato con role: frontend.
  • Il pod si trova in uno spazio dei nomi etichettato come user: alice o user: paul.
  • Il pod comunica con gli indirizzi IP nel blocco CIDR 8.8.8.0/24.
kind: EgressNATPolicy
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  name: egress
spec:
  sources:
  - namespaceSelector:
      matchLabels:
        user: alice
    podSelector:
      matchLabels:
        role: frontend
  - namespaceSelector:
      matchLabels:
        user: paul
    podSelector:
      matchLabels:
        role: frontend
  action: SNAT
  destinations:
    - cidr: 8.8.8.0/24
  gatewayRef:
    name: default
    namespace: kube-system

Per ulteriori informazioni sull'utilizzo delle etichette, consulta Etichette e selettori nella documentazione di Kubernetes.

Ottieni un indirizzo IP di origine per il traffico in uscita

La risorsa (criterio) personalizzata EgressNATPolicy utilizza i valori gatewayRef.name e gatewayRef.namespace per trovare un oggetto NetworkGatewayGroup (gateway). Il criterio utilizza uno degli indirizzi IP mobili del gateway come indirizzo IP di origine per il traffico in uscita. Se nel gateway corrispondente sono presenti più indirizzi IP mobili, il criterio utilizza il primo indirizzo IP nell'elenco floatingIPs e ignora eventuali altri indirizzi IP. Per il gateway di esempio, il primo indirizzo nell'elenco floatingIPs è 192.168.1.100. La presenza di campi o valori non validi nella sezione gatewayRef comporterà la mancata applicazione dell'oggetto criterio.

Più criteri in uscita e più oggetti gateway

Come descritto nella sezione precedente, ogni oggetto egressNATPolicy (criterio) utilizza il primo indirizzo IP nell'elenco floatingIPs dell'oggetto gateway che corrisponde a gatewayRef.name e gatewayRef.namespace. Puoi creare più criteri e, se intendi utilizzare indirizzi IP diversi, devi creare più oggetti NetworkGatewayGroup e farvi riferimento rispettivamente.

Ogni risorsa NetworkGatewayGroup deve contenere indirizzi IP mobili univoci. Per configurare più oggetti EgressNATPolicy in modo che utilizzino lo stesso indirizzo IP, usa gli stessi gatewayRef.name e gatewayRef.namespace per entrambi.

Per configurare più criteri in uscita e più oggetti gateway:

  1. Crea oggetti gateway nello spazio dei nomi kube-system per gestire ciascun indirizzo IP mobile. In genere, ogni criterio in uscita deve avere un oggetto gateway corrispondente per garantire che venga allocato l'indirizzo IP corretto.

    Poi verifica ogni oggetto gateway con kubectl per ottenere lo stato di allocazione degli indirizzi IP mobili:

    kind: NetworkGatewayGroup
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  namespace: kube-system
  name: gateway1
spec:
  floatingIPs:
  - 192.168.1.100
status:
  ...
  floatingIPs:
    192.168.1.100: worker1
---
kind: NetworkGatewayGroup
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  namespace: kube-system
  name: gateway2
spec:
  floatingIPs:
  - 192.168.1.101
status:
  ...
  floatingIPs:
    192.168.1.101: worker2
---
kind: NetworkGatewayGroup
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  namespace: kube-system
  name: gateway3
spec:
  floatingIPs:
  - 192.168.1.102
status:
  ...
  floatingIPs:
    192.168.1.102: worker1

  2. Crea più criteri che fanno riferimento agli oggetti gateway, ad esempio gateway1 creati nel passaggio precedente:

    kind: EgressNATPolicy
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  name: egress1
spec:
  ...
  gatewayRef:
    name: gateway1
    namespace: kube-system
---
kind: EgressNATPolicy
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  name: egress2
spec:
  ...
  gatewayRef:
    name: gateway2
    namespace: kube-system
---
kind: EgressNATPolicy
apiVersion: networking.gke.io/v1
metadata:
  name: egress3
spec:
  ...
  gatewayRef:
    name: gateway3
    namespace: kube-system

Regole di selezione del traffico in uscita e criteri di rete

Il gateway NAT in uscita è compatibile con le API dei criteri di rete. I criteri di rete vengono valutati per primi e hanno la precedenza sulle regole di selezione del traffico del gateway NAT in uscita. Ad esempio, se il traffico in uscita attiva un criterio di rete che comporta l'eliminazione del pacchetto, le regole del gateway in uscita non controlleranno il pacchetto. Solo quando il criterio di rete consente il traffico in uscita, le regole di selezione del traffico in uscita verranno valutate per decidere in che modo viene gestito il traffico, utilizzando il gateway NAT in uscita o mascherato direttamente con l'indirizzo IP del nodo su cui è in esecuzione il pod.

Limitazioni

Le limitazioni attuali per il gateway NAT in uscita includono:

  • Il gateway NAT in uscita è abilitato solo per la modalità IPv4.

  • Gli indirizzi IP in uscita devono trovarsi nello stesso dominio di livello 2 con indirizzi IP del nodo.

  • Gli upgrade non sono supportati per i cluster configurati per utilizzare l'anteprima del gateway NAT in uscita. Per GKE su Bare Metal versione 1.16.0 e successive, il gateway NAT in uscita è in anteprima solo su Ubuntu 18.04. Non sono previsti costi per usare questa funzionalità in anteprima.