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ネットワーク

クラスターのネットワークの設定方法を学びます。

1 - HostAliasesを使用してPodの/etc/hostsにエントリーを追加する

Podの/etc/hostsファイルにエントリーを追加すると、DNSやその他の選択肢を利用できない場合に、Podレベルでホスト名の名前解決を上書きできるようになります。このようなカスタムエントリーは、PodSpecのHostAliasesフィールドに追加できます。

HostAliasesを使用せずにファイルを修正することはおすすめできません。このファイルはkubeletが管理しており、Podの作成や再起動時に上書きされる可能性があるためです。

デフォルトのhostsファイルの内容

Nginx Podを実行すると、Pod IPが割り当てられます。

kubectl run nginx --image nginx

pod/nginx created

Pod IPを確認します。

kubectl get pods --output=wide

NAME     READY     STATUS    RESTARTS   AGE    IP           NODE
nginx    1/1       Running   0          13s    10.200.0.4   worker0

hostsファイルの内容は次のようになります。

kubectl exec nginx -- cat /etc/hosts

# Kubernetes-managed hosts file.
127.0.0.1	localhost
::1	localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0	ip6-localnet
fe00::0	ip6-mcastprefix
fe00::1	ip6-allnodes
fe00::2	ip6-allrouters
10.200.0.4	nginx

デフォルトでは、hostsファイルには、localhostやPod自身のホスト名などのIPv4とIPv6のボイラープレートだけが含まれています。

追加エントリーをhostAliasesに追加する

デフォルトのボイラープレートに加えて、hostsファイルに追加エントリーを追加できます。たとえば、foo.localとbar.localを127.0.0.1に、foo.remoteとbar.remoteを10.1.2.3にそれぞれ解決するためには、PodのHostAliasesを.spec.hostAliases以下に設定します。

service/networking/hostaliases-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostaliases-pod
spec:
  restartPolicy: Never
  hostAliases:
  - ip: "127.0.0.1"
    hostnames:
    - "foo.local"
    - "bar.local"
  - ip: "10.1.2.3"
    hostnames:
    - "foo.remote"
    - "bar.remote"
  containers:
  - name: cat-hosts
    image: busybox
    command:
    - cat
    args:
    - "/etc/hosts"

この設定を使用したPodを開始するには、次のコマンドを実行します。

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/service/networking/hostaliases-pod.yaml

pod/hostaliases-pod created

Podの詳細情報を表示して、IPv4アドレスと状態を確認します。

kubectl get pod --output=wide

NAME                           READY     STATUS      RESTARTS   AGE       IP              NODE
hostaliases-pod                0/1       Completed   0          6s        10.200.0.5      worker0

hostsファイルの内容は次のようになります。

kubectl logs hostaliases-pod

# Kubernetes-managed hosts file.
127.0.0.1	localhost
::1	localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0	ip6-localnet
fe00::0	ip6-mcastprefix
fe00::1	ip6-allnodes
fe00::2	ip6-allrouters
10.200.0.5	hostaliases-pod

# Entries added by HostAliases.
127.0.0.1	foo.local	bar.local
10.1.2.3	foo.remote	bar.remote

ファイルの最後に追加エントリーが指定されています。

kubeletがhostsファイルを管理するのはなぜですか？

kubeletがPodの各コンテナのhostsファイルを管理するのは、コンテナ起動後にDockerがファイルを編集するのを防ぐためです。

2 - IPv4/IPv6デュアルスタックの検証

このドキュメントでは、IPv4/IPv6デュアルスタックが有効化されたKubernetesクラスターを検証する方法について共有します。

始める前に

  • プロバイダーがデュアルスタックのネットワークをサポートしていること (クラウドプロバイダーか、ルーティングできるIPv4/IPv6ネットワークインターフェイスを持つKubernetesノードが提供できること)
  • (KubenetやCalicoなど)デュアルスタックをサポートするネットワークプラグイン
  • デュアルスタックを有効化したクラスター
作業するKubernetesサーバーは次のバージョン以降のものである必要があります: v1.20. バージョンを確認するには次のコマンドを実行してください: kubectl version.

アドレスの検証

ノードアドレスの検証

各デュアルスタックのノードは、1つのIPv4ブロックと1つのIPv6ブロックを割り当てる必要があります。IPv4/IPv6のPodアドレスの範囲が設定されていることを検証するには、次のコマンドを実行します。例の中のノード名は、自分のクラスターの有効なデュアルスタックのノードの名前に置換してください。この例では、ノードの名前はk8s-linuxpool1-34450317-0になっています。

kubectl get nodes k8s-linuxpool1-34450317-0 -o go-template --template='{{range .spec.podCIDRs}}{{printf "%s\n" .}}{{end}}'

10.244.1.0/24
a00:100::/24

IPv4ブロックとIPv6ブロックがそれぞれ1つずつ割り当てられているはずです。

ノードが検出されたIPv4とIPv6のインターフェイスを持っていることを検証します。ノード名は自分のクラスター内の有効なノード名に置換してください。この例では、ノード名はk8s-linuxpool1-34450317-0になっています。

kubectl get nodes k8s-linuxpool1-34450317-0 -o go-template --template='{{range .status.addresses}}{{printf "%s: %s\n" .type .address}}{{end}}'

Hostname: k8s-linuxpool1-34450317-0
InternalIP: 10.240.0.5
InternalIP: 2001:1234:5678:9abc::5

Podアドレスの検証

PodにIPv4とIPv6のアドレスが割り当てられていることを検証します。Podの名前は自分のクラスター内の有効なPodの名前と置換してください。この例では、Podの名前はpod01になっています。

kubectl get pods pod01 -o go-template --template='{{range .status.podIPs}}{{printf "%s\n" .ip}}{{end}}'

10.244.1.4
a00:100::4

Downward APIを使用して、status.podIPsのfieldPath経由でPod IPを検証することもできます。次のスニペットは、Pod IPをMY_POD_IPSという名前の環境変数経由でコンテナ内に公開する方法を示しています。

        env:
        - name: MY_POD_IPS
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: status.podIPs

次のコマンドを実行すると、MY_POD_IPS環境変数の値をコンテナ内から表示できます。値はカンマ区切りのリストであり、PodのIPv4とIPv6のアドレスに対応しています。

kubectl exec -it pod01 -- set | grep MY_POD_IPS

MY_POD_IPS=10.244.1.4,a00:100::4

PodのIPアドレスは、コンテナ内の/etc/hostsにも書き込まれます。次のコマンドは、デュアルスタックのPod上で/etc/hostsに対してcatコマンドを実行します。出力を見ると、Pod用のIPv4およびIPv6のIPアドレスの両方が確認できます。

kubectl exec -it pod01 -- cat /etc/hosts

# Kubernetes-managed hosts file.
127.0.0.1    localhost
::1    localhost ip6-localhost ip6-loopback
fe00::0    ip6-localnet
fe00::0    ip6-mcastprefix
fe00::1    ip6-allnodes
fe00::2    ip6-allrouters
10.244.1.4    pod01
a00:100::4    pod01

Serviceの検証

.spec.isFamilyPolicyを明示的に定義していない、以下のようなServiceを作成してみます。Kubernetesは最初に設定したservice-cluster-ip-rangeの範囲からServiceにcluster IPを割り当てて、.spec.ipFamilyPolicyをSingleStackに設定します。

service/networking/dual-stack-default-svc.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

kubectlを使ってServiceのYAMLを表示します。

kubectl get svc my-service -o yaml

Serviceの.spec.ipFamilyPolicyはSingleStackに設定され、.spec.clusterIPにはkube-controller-manager上の--service-cluster-ip-rangeフラグで最初に設定した範囲から1つのIPv4アドレスが設定されているのがわかります。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  namespace: default
spec:
  clusterIP: 10.0.217.164
  clusterIPs:
  - 10.0.217.164
  ipFamilies:
  - IPv4
  ipFamilyPolicy: SingleStack
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 9376
  selector:
    app: MyApp
  sessionAffinity: None
  type: ClusterIP
status:
  loadBalancer: {}

.spec.ipFamilies内の配列の1番目の要素にIPv6を明示的に指定した、次のようなServiceを作成してみます。Kubernetesはservice-cluster-ip-rangeで設定したIPv6の範囲からcluster IPを割り当てて、.spec.ipFamilyPolicyをSingleStackに設定します。

service/networking/dual-stack-ipfamilies-ipv6.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  ipFamilies:
  - IPv6
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

kubectlを使ってServiceのYAMLを表示します。

kubectl get svc my-service -o yaml

Serviceの.spec.ipFamilyPolicyはSingleStackに設定され、.spec.clusterIPには、kube-controller-manager上の--service-cluster-ip-rangeフラグで指定された最初の設定範囲から1つのIPv6アドレスが設定されているのがわかります。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: MyApp
  name: my-service
spec:
  clusterIP: fd00::5118
  clusterIPs:
  - fd00::5118
  ipFamilies:
  - IPv6
  ipFamilyPolicy: SingleStack
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: MyApp
  sessionAffinity: None
  type: ClusterIP
status:
  loadBalancer: {}

.spec.ipFamiliePolicyにPreferDualStackを明示的に指定した、次のようなServiceを作成してみます。Kubernetesは(クラスターでデュアルスタックを有効化しているため)IPv4およびIPv6のアドレスの両方を割り当て、.spec.ClusterIPsのリストから、.spec.ipFamilies配列の最初の要素のアドレスファミリーに基づいた.spec.ClusterIPを設定します。

service/networking/dual-stack-preferred-svc.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

kubectl describeを使用して、ServiceがIPv4およびIPv6アドレスのブロックからcluster IPを割り当てられていることを検証します。その後、ServiceにIPアドレスとポートを使用してアクセスできることを検証することもできます。

kubectl describe svc -l app=MyApp

Name:              my-service
Namespace:         default
Labels:            app=MyApp
Annotations:       <none>
Selector:          app=MyApp
Type:              ClusterIP
IP Family Policy:  PreferDualStack
IP Families:       IPv4,IPv6
IP:                10.0.216.242
IPs:               10.0.216.242,fd00::af55
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        9376/TCP
Endpoints:         <none>
Session Affinity:  None
Events:            <none>

デュアルスタックのLoadBalancer Serviceを作成する

クラウドプロバイダーがIPv6を有効化した外部ロードバランサーのプロビジョニングをサポートする場合、.spec.ipFamilyPolicyにPreferDualStackを指定し、.spec.ipFamiliesの最初の要素をIPv6にして、typeフィールドにLoadBalancerを指定したServiceを作成できます。

service/networking/dual-stack-prefer-ipv6-lb-svc.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  labels:
    app: MyApp
spec:
  ipFamilyPolicy: PreferDualStack
  ipFamilies:
  - IPv6
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

Serviceを確認します。

kubectl get svc -l app=MyApp

ServiceがIPv6アドレスブロックからCLUSTER-IPのアドレスとEXTERNAL-IPを割り当てられていることを検証します。その後、IPとポートを用いたServiceへのアクセスを検証することもできます。

NAME         TYPE           CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP        PORT(S)        AGE
my-service   LoadBalancer   fd00::7ebc   2603:1030:805::5   80:30790/TCP   35s