为什么 kubernetes 环境要求开启 bridge-nf-call-iptables ?

本文摘自 kubernetes 学习笔记

背景

Kubernetes 环境中,很多时候都要求节点内核参数开启 bridge-nf-call-iptables:

sysctl -w net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1

参考官方文档 Network Plugin Requirements

如果不开启或中途因某些操作导致参数被关闭了,就可能造成一些奇奇怪怪的网络问题,排查起来非常麻烦。

为什么要开启呢?本文就来跟你详细掰扯下。

基于网桥的容器网络

Kubernetes 集群网络有很多种实现,有很大一部分都用到了 Linux 网桥:

  • 每个 Pod 的网卡都是 veth 设备,veth pair 的另一端连上宿主机上的网桥。
  • 由于网桥是虚拟的二层设备,同节点的 Pod 之间通信直接走二层转发,跨节点通信才会经过宿主机 eth0。

Service 同节点通信问题

不管是 iptables 还是 ipvs 转发模式,Kubernetes 中访问 Service 都会进行 DNAT,将原本访问 ClusterIP:Port 的数据包 DNAT 成 Service 的某个 Endpoint (PodIP:Port),然后内核将连接信息插入 conntrack 表以记录连接,目的端回包的时候内核从 conntrack 表匹配连接并反向 NAT,这样原路返回形成一个完整的连接链路:

但是 Linux 网桥是一个虚拟的二层转发设备,而 iptables conntrack 是在三层上,所以如果直接访问同一网桥内的地址,就会直接走二层转发,不经过 conntrack:

  1. Pod 访问 Service,目的 IP 是 Cluster IP,不是网桥内的地址,走三层转发,会被 DNAT 成 PodIP:Port。
  2. 如果 DNAT 后是转发到了同节点上的 Pod,目的 Pod 回包时发现目的 IP 在同一网桥上,就直接走二层转发了,没有调用 conntrack,导致回包时没有原路返回 (见下图)。

由于没有原路返回,客户端与服务端的通信就不在一个 “频道” 上,不认为处在同一个连接,也就无法正常通信。

常见的问题现象就是偶现 DNS 解析失败,当 coredns 所在节点上的 pod 解析 dns 时,dns 请求落到当前节点的 coredns pod 上时,就可能发生这个问题。

开启 bridge-nf-call-iptables

如果 Kubernetes 环境的网络链路中走了 bridge 就可能遇到上述 Service 同节点通信问题,而 Kubernetes 很多网络实现都用到了 bridge。

启用 bridge-nf-call-iptables 这个内核参数 (置为 1),表示 bridge 设备在二层转发时也去调用 iptables 配置的三层规则 (包含 conntrack),所以开启这个参数就能够解决上述 Service 同节点通信问题,这也是为什么在 Kubernetes 环境中,大多都要求开启 bridge-nf-call-iptables 的原因。

roc
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云原生架构师

授人以鱼不如授人以渔

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