k8s 内网和办公网络的打通实践
1、背景
第一想法：关掉这个redis服务，让研发“被迫”主动告知；规范要求，在k8s集群内部部署该项目的redis服务集群，保证环境一致性，减少不必要麻烦。
项目多数属于微服务应用模块，研发本地无法完整运行全部依赖，希望在本地运行某个服务后，能够注册到qa容器环境的依赖服务中进行调试。例如在k8s中运行的redis、rabbitmq等服务，研发在当前环境下无法直接通过客户端工具连接进行访问，给研发测试进行联调带来了很大麻烦，且k8s内部通过cni插件创建pod和service的内部网络，这类服务无法通过ingress进行7层暴露，如果通过NodePort模式暴露给研发，不仅使用有限而且会导致端口管理困难从而工作量加大。因此打通开发和测试环境k8s集群内网和办公局域网络是有很大必要性的。
2、环境说明
相关网络拓扑如下
-
办公子网：172.16.0.0/24 -
DMZ区域服务器子网：172.16.1.0/24、172.16.2.0/24 -
k8s pod子网：172.20.0.0/16 -
k8s service子网：10.68.0.0/16
其他涉及到的相关服务及ip说明
-
k8s网络插件：flannel，对应网络模式为host-gw -
k8s kube-dns service ip：10.68.0.2 -
内网
dns服务：ms(windows) server dns -
内网
dns ip：172.16.2.3 -
FortiGate ip：172.16.2.254
3、总体思路
k8s集群部署在测试机房，整个局域网链路、外网、防火墙由飞塔防火墙FortiGate设备统一控制，除k8s集群内部网络外，其他网络均已通过FortiGate打通，所以目前面临的问题就是网络打通和dns解析打通。
-
网络打通
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dns解析打通网络打通后，就可以在办公网络通过
pod或service的ip进行连通了。但是每次更新服务，ip通常都会发生变化，我们想通过服务名称（域名）而不是ip进行通信，解决dns问题主要有以下两个方向 -
网络已经打通了，那么就可以把 k8s的coredns作为本地的dns服务器 -
把所有通过办公网络请求 k8s中的服务（域名）的记录从内网dns服务器转发到k8s的coredns
4、网络打通的具体实现
4.1 检查现有网络连通情况
4.1.1 办公网络和k8s node
在本地pc电脑上操作
➜ ~ ping 172.16.1.106 -c 4
PING 172.16.1.106 (172.16.1.106): 56 data bytes
64 bytes from 172.16.1.106: icmp_seq=0 ttl=63 time=1.621 ms
64 bytes from 172.16.1.106: icmp_seq=1 ttl=63 time=1.568 ms
64 bytes from 172.16.1.106: icmp_seq=2 ttl=63 time=1.221 ms
64 bytes from 172.16.1.106: icmp_seq=3 ttl=63 time=1.338 ms
--- 172.16.1.106 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 packets received, 0.0% packet loss
round-trip min/avg/max/stddev = 1.221/1.437/1.621/0.164 ms
4.1.2 k8s node和pod及svc
在k8s任意一台node上操作，通过nslookup同时检查网络和dns功能是否正常，这里以172.16.1.106这台node为例
[root@k8s-qa-node-02 ~]# nslookup -q=A kubernetes.default.svc.cluster.local 10.68.0.2
Server: 10.68.0.2
Address: 10.68.0.2#53
Name: kubernetes.default.svc.cluster.local
Address: 10.68.0.1
查看node的路由
[root@k8s-qa-node-02 ~]# ip route
default via 172.16.1.254 dev eth0
169.254.0.0/16 dev eth0 scope link metric 1002
172.16.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 172.16.1.106
172.17.0.0/16 dev docker0 proto kernel scope link src 172.17.0.1 linkdown
172.20.0.0/24 via 172.16.1.100 dev eth0
172.20.1.0/24 via 172.16.1.101 dev eth0
172.20.2.0/24 via 172.16.1.110 dev eth0
172.20.3.0/24 dev cni0 proto kernel scope link src 172.20.3.1
172.20.4.0/24 via 172.16.1.107 dev eth0
172.20.5.0/24 via 172.16.1.108 dev eth0
172.20.6.0/24 via 172.16.1.109 dev eth0
# ...省略部分条目
4.2 添加地址
网络打通主要在网关和路由器设备上进行操作，这里仅以FortiGate为例进行记录。为了配置流程清晰，通过终端命令行进行配置而不是web界面操作，首先通过console或者ssh连接上FortiGate的终端
FortiGate # config firewall address
FortiGate (address) # edit k8s_SERVICE_CIDR
new entry 'k8s_SERVICE_CIDR' added
FortiGate (clientnet) # set subnet 10.68.0.0 255.255.0.0
FortiGate (clientnet) # next
FortiGate (address) # edit k8s_POD_CIDR
new entry 'k8s_POD_CIDR' added
FortiGate (clientnet) # set subnet 172.20.0.0 255.255.0.0
FortiGate (clientnet) # next
FortiGate (address) # end
FortiGate #
4.3 配置静态路由
配置到达k8s svc子网的路由
FortiGate # config router static
# 新增一条静态路由，id尽量大，不与已有的冲突
FortiGate (static) # edit 10
new entry '10' added
# 配置目标地址和掩码
FortiGate (2) # set dst 10.68.0.0 255.255.0.0
# 配置网关（下一跳）
FortiGate (2) # set gateway 172.16.1.106
# 配置接口名
FortiGate (2) # set device Test
FortiGate (2) # next
FortiGate (static) # end
FortiGate #
同理，配置到达k8s pod子网的路由
FortiGate # config router static
FortiGate (static) # edit 11
FortiGate (2) # set dst 172.20.0.0/16 255.255.0.0
FortiGate (2) # set gateway 172.16.1.106
FortiGate (2) # set device Test
FortiGate (2) # next
FortiGate (static) # end
FortiGate #
检查配置的静态路由
FortiGate # get router info routing-table static
# ...省略部分条目
S 10.68.0.0/16 [10/0] via 172.16.1.106, Test
S 172.20.0.0/16 [10/0] via 172.16.1.106, Test
4.4 配置策略
配置到达k8s service网络放行策略
FortiGate # config firewall policy
# 新增一条网络策略，id尽量大，不与已有的冲突
FortiGate (policy) # edit 100
# 配置源接口
FortiGate (100) # set srcintf internal
# 配置目的接口
FortiGate (100) # set dstintf Test
# 配置源地址
FortiGate (100) # set srcaddr 172.16.0.0/24
# 配置目的地址
FortiGate (100) # set dstaddr k8s_SERVICE_CIDR
# 配置动作类型
FortiGate (100) # set action accept
# 配置动作时间
FortiGate (100) # set schedule always
# 配置服务（协议类型）
FortiGate (100) # set service ALL_TCP
# 配置是否开启日志
FortiGate (100) # set logtraffic disable
# 配置是否开启nat
FortiGate (100) # set nat disable
end
同理，配置到达k8s pod网络放行策略
FortiGate # config firewall policy
FortiGate (policy) # edit 101
FortiGate (100) # set srcintf internal
FortiGate (100) # set dstintf Test
FortiGate (100) # set srcaddr 172.16.0.0/24
FortiGate (100) # set dstaddr k8s_POD_CIDR
FortiGate (100) # set action accept
FortiGate (100) # set schedule always
FortiGate (100) # set service ALL_TCP
FortiGate (100) # set logtraffic disable
FortiGate (100) # set nat disable
end
4.5 验证配置
4.5.1 web界面检查
登录到FortiGate界面，查看配置的静态路由
网络策略
4.5.2 pc网络检查
在pc端检查pod网络是否可达并在上文中选取的网关node上抓包
5、dns解析打通的具体实现
5.1 配置dns条件转发
上面已经将网络进行了打通，dns解析的打通在内网dns服务器上设置dns转发即可。
打开ms(windows) server类型的dns管理器配置界面，新增条件转发器，如下所示，dns域填写k8s集群中兼容所有命名空间的搜索域。当然，为了安全，建议单独设置允许可达的命名空间下的服务，例如default，则填为default.svc.cluster.local。
5.2 验证配置
在本地终端上测试解析k8s service域名，成功解析
➜ ~ nslookup redis-abc-gns.default.svc.cluster.local
Server: 172.16.2.3
Address: 172.16.2.3#53
Non-authoritative answer:
Name: redis-dkj-gns.default.svc.cluster.local
Address: 172.20.4.222
6、小结
至此，就成功的将办公网络和k8s内网进行打通，研发以后就可以在开发机器上利用和qa环境一样配置的svc name连接对应依赖的redis等组件了。
此方案主要利用局域网静态路由，在网关进行配置。透明且高效，且开发测试环境无须再部署其他组件。
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