Kubernetes namespace 間通信

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Kubernetesサービスはいくつかのポッドの集まりであり、1ティアまたはマルチティアのアプリケーションと協調して動作する。サービスを構成する複数のポッドは、ラベルセレクターを用いて定義される。 Kubernetesはサービスディスカバリーの手段として、環境変数を用いるモードと、Kubernetes … Kubernetesとは、コンテナの運用管理と自動化を目的に設計されたオープンソースのシステムです。 Kubernetesとは、コンテナの運用管理と自動化を目的に設計されたオープンソースのシステムです。Kubernetesの複雑で難しいイメージを少しでも改善するために、この記事ではポイントを整理しました。 All rights reserved. コンテナを接続するためのKubernetesモデル継続的に実行され、複製されたアプリケーションの準備ができたので、ネットワーク上で公開することが可能になります。 Kubernetesのネットワークのアプローチについて説明する前に、Dockerの「通常の」ネットワーク手法と比較することが重要です。 Kubernetesではコンテナをクラスター環境で実行するため、コンテナ(以下Podと呼びます)間の通信が課題となります。Dockerと同じように各Podには独立したIPアドレスが割り当てられますが、これはコンテナホストであるNode内でのみ有効なものであり、Pod同士がNodeを跨いで通信しようとすると、そのままのIPアドレスで通信することは困難です。Dockerではこの課題を解決するためにNATを利用していますが、Pod作成の度にNATテーブルを操作するのは効率的ではありません。そこで、多くのコンテナネットワークソリューションではオーバーレイネットワークを採用しています。また、VMware社もNSX-T Data Center用のCNIプラグインを提供しています。NSX-TがNode間のオーバーレイネットワークを提供し、L4/L7ロードバランサーはEdgeと呼ばれるNSX-Tのネットワークノードが提供します。また、Nodeが起動するハイパーバイザー内にインストールされたNSXモジュールが持つ分散ファイアウォール機能によりKubernetesのNetwork Policyを利用してPod間の通信制御を行うことも可能です。※本記事の内容は執筆者個人の見解であり、所属する組織の見解を代表するものではありません。KubernetesにIngress Controllerと呼ばれる機能を追加することで、L7ロードバランサーを使用してサービスを外部に公開する事も可能です。Ingressはクラスター外部からのアクセスを前述のServiceに対してルーティングします。L7ロードバランサー機能はバーチャルホストとパスベースのルーティングに対応しているため、パス毎に異なるサービスにルーティングすることができ、きめ細かい負荷分散機能を利用することが可能です。Ingressによりサービスをクラスター外部に公開し、クラスター内のPod間通信をServiceによって制御することで、以下のようにマイクロサービスアーキテクチャを構成することが可能です。Kubernetesのネットワークを説明する前に、Dockerにおけるコンテナのネットワークに関して整理します。コンテナが起動するホストはコンテナホストと呼ばれ、コンテナホストの内部には論理的なネットワークが存在し、各コンテナはこの論理的なネットワークに接続されています。コンテナホスト内部には論理的なブリッジ(Linux Bridge)が存在し、各コンテナは仮想的なネットワークインターフェース(veth)によりこのブリッジに接続され、Linux カーネルのNetwork Namespace機能により、それぞれが独自のネットワークインターフェースを持つことを実現しています。コンテナ内で起動するプロセスから見ると、自分専用のネットワークインターフェースがあるように見えており、コンテナホストが持つネットワークインターフェースもこのブリッジに接続されています。コンテナとして起動するサービスを外部に公開する場合は、コンテナホストの特定ポートに対するアクセスをコンテナに対してiptablesによりDNATすることで、コンテナに対するアクセスを実現しています。クラウドネイティブなアプリケーション環境では、ロードバランサーが非常に重要な役割を果たします。Kubernetes上ではPodに対する可用性やスケーラビリティ向上のためにロードバランサーを利用することができます。クラウドネイティブ環境において、可用性やスケーラビリティの向上と同じく重要なのが、「Pod同士を疎結合に構成する」という点です。具体的には、Podグループに対してロードバランサーで仮想サーバーを構成し、仮想サーバーに対する名前解決を設定します。これにより、Podが別のPodにアクセスする際に、PodのIPアドレスを指定してアクセスするのではなく、アクセス先のPodサービス名でアクセスすることが可能になります。この機能はKubernetes上で「Service」と呼ばれるリソースで実現します。この実装により、Pod同士を疎結合に構成する事が可能になり、Podグループは簡単にスケールアウトすることができるようになります。多くの実装ではこのService向けのロードバランサーはLinuxカーネルのiptablesが利用されます。これらの商用SDNソリューションを利用することにより、インフラ管理者は従来のネットワークとコンテナネットワークを統合管理することが可能になます。各社ともネットワークソリューション向けの運用管理ツールを提供しており、これらを利用することにより従来のネットワークの運用管理手法を使って、コンテナネットワークを可視化、運用することができます。ServiceリソースにはいくつかのTypeが存在しますが、「Type: LoadBalancer」として設定することで、クラスター外部のロードバランサーを介してPodを外部向けに公開することもできます。この機能はKubernetesクラスターの外部の機能との連携が必要になります。例えば、パブリッククラウド上でKubernetesクラスターを構成している場合、クラウドサービスが提供するロードバランサーサービスが利用されます。コンテナネットワークはサーバー内部で機能するため、従来のサーバー管理者・ネットワーク管理者の責任分界点はより曖昧になります。しかし、テクノロジーとしては従来から存在するSDNを活用しているため、ベンダー各社が提供する商用SDNソリューションを利用することで、従来のネットワークと管理を統合し、可視化を実現することが可能になります。コンテナネットワークはオープンソースによる実装が数多くありますが、ネットワーク機器ベンダーやインフラベンダーもコンテナネットワーク向けソリューションを提供しています。KubernetesのコンテナネットワークはCNI(Container Networking Interface)と呼ばれる仕様に対応しており、ベンダーがCNI向けプラグインを提供していれば、こうしたベンダーのソリューションをKubernetesのネットワーク機能として利用することが可能です。Copyright (C) Net One Systems Co.,Ltd. Kubernetesのコンテナネットワークにおける、コンテナ間通信や負荷分散機能、ベンダー各社が提供する商用SDNソリューションに関して、ネットワンの技術者が解説します。 nginx-secure-appマニフェストに関する注目すべき点:そのため、フラットでクラスター全体のアドレス空間でnginxを実行するPodがあります。理論的には、これらのPodと直接通信することができますが、ノードが停止するとどうなりますか？Podはそれで死に、Deploymentは異なるIPを持つ新しいものを作成します。これは、Serviceが解決する問題です。これまでは、クラスター内からnginxサーバーにアクセスしただけでした。サービスをインターネットに公開する前に、通信チャネルが安全であることを確認する必要があります。これには、次のものが必要です:次に、nginxレプリカを変更して、シークレットの証明書とServiceを使用してhttpsサーバーを起動し、両方のポート(80と443)を公開します:この時点で、任意のノードからnginxサーバーに到達できます。以下は、(Windows上など)makeの実行で問題が発生した場合に実行する手動の手順です:これにより、クラスター内のどのノードからでもアクセスできるようになります。Podが実行されているノードを確認します:コンテナを提供する複数の開発者やチーム間でポートの割り当てを調整することは、規模的に大変困難であり、ユーザが制御できないクラスターレベルの問題にさらされます。Kubernetesでは、どのホストで稼働するかに関わらず、Podが他のPodと通信できると想定しています。すべてのPodに独自のクラスタープライベートIPアドレスを付与するため、Pod間のリンクを明示的に作成したり、コンテナポートをホストポートにマップしたりする必要はありません。これは、Pod内のコンテナがすべてlocalhostの相互のポートに到達でき、クラスター内のすべてのPodがNATなしで相互に認識できることを意味します。このドキュメントの残りの部分では、このようなネットワークモデルで信頼できるサービスを実行する方法について詳しく説明します。サービスに言及がないことに注意してください。これは、サービスの前にレプリカを作成したためです。これのもう1つの欠点は、スケジューラーが両方のPodを同じマシンに配置し、サービスが停止した場合にサービス全体がダウンする可能性があることです。2つのPodを強制終了し、Deploymentがそれらを再作成するのを待つことで、これを正しい方法で実行できます。今回は、サービスはレプリカの「前」に存在します。これにより、スケジューラーレベルのサービスがPodに広がり(すべてのノードの容量が等しい場合)、適切な環境変数が提供されます:ノードでPodが実行されると、kubeletはアクティブな各サービスの環境変数のセットを追加します。これにより、順序付けの問題が発生します。理由を確認するには、実行中のnginx Podの環境を調べます(Pod名は環境によって異なります):Kubernetesは、DNS名を他のServiceに自動的に割り当てるDNSクラスターアドオンサービスを提供します。クラスターで実行されているかどうかを確認できます:前のコマンドの出力を使用して、次のようにyamlファイルを作成します。base64でエンコードされた値はすべて1行である必要があります。継続的に実行され、複製されたアプリケーションの準備ができたので、ネットワーク上で公開することが可能になります。Kubernetesのネットワークのアプローチについて説明する前に、Dockerの「通常の」ネットワーク手法と比較することが重要です。デフォルトでは、Dockerはホストプライベートネットワーキングを使用するため、コンテナは同じマシン上にある場合にのみ他のコンテナと通信できます。Dockerコンテナがノード間で通信するには、マシンのIPアドレスにポートを割り当ててから、コンテナに転送またはプロキシする必要があります。これは明らかに、コンテナが使用するポートを非常に慎重に調整するか、ポートを動的に割り当てる必要があることを意味します。Podは強制終了されて再作成されるため、異なる名前が付いていることに気付くでしょう。前の例でネットワークモデルを紹介しましたが、再度ネットワークの観点に焦点を当てましょう。nginx Podを作成し、コンテナポートの仕様を指定していることに注意してください。Kubernetes Serviceは、クラスター内のどこかで実行されるPodの論理セットを定義する抽象化であり、すべて同じ機能を提供します。作成されると、各Serviceには一意のIPアドレス(clusterIPとも呼ばれます)が割り当てられます。このアドレスはServiceの有効期間に関連付けられており、Serviceが動作している間は変更されません。Podは、Serviceと通信するように構成でき、Serviceへの通信は、ServiceのメンバーであるPodに自動的に負荷分散されることを認識できます。