6. 쿠버네티스 서비스/네트워크

1 1. 서비스
2 2. Ingress
- 2.1 2.1 Ingress Controller
- 2.2 2.2 Ingress
3 3. 파드 네트워크
- 3.1 3.1 파드 네크워크
- 3.2 3.2 단일 컨테이너 파드
- 3.3 3.3 멀티 컨테이너 파드
- 3.4 3.4 파드 간 통신
4 4. CoreDNS

1. 서비스

1.1 클러스터 외부 트래픽 받는 방법

Nodeport
Load Balancer
Ingress

1.2 서비스 개념

파드를 통해 사용자에게 서비스를 제공을 할 수 있으나, 파드에 장애가 발생했을 경우 서비스에 가용성을 보장할 수가 없기 때문에, Service를 통해 가용성을 보장합니다

Kubernetes Service를 통해 파드의 로드밸런싱이 가능하며, 파드에 문제가 발생하여 정상적으로 구동시킬 수 없는 경우에는 Service가 자동으로 문제가 발생한 파드는 Service의 EndPoint에서 제외됩니다.

문제가 생겼던 Pod는 Deployment를 통해 다른 IP, Name으로 다시 구동되며, Service의 EndPoint에 자동으로 추가되어, 기존상태를 유지합니다.

(1) ClusterIP

서비스를 클러스터 내부 IP에 노출합니다.
클러스터 내에서만 서비스에 도달할 수 있으며, 서비스 타입의 기본값입니다.

6/00-svc-clusterip.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app.kubernetes.io/name: proxy
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:stable
    ports:
      - containerPort: 80
        name: http-web-svc

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app.kubernetes.io/name: proxy
  ports:
  - name: name-of-service-port
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: http-web-svc

root@cp-k8s:~/2024_k8s/edu/6# k get svc
NAME            TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes      ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP   3h16m
nginx-service   ClusterIP   10.103.98.179   <none>        80/TCP    99s
root@cp-k8s:~/2024_k8s/edu/6# curl 10.103.98.179
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
html { color-scheme: light dark; }
body { width: 35em; margin: 0 auto;
font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

(2) NodePort

고정포트로 각 노드의 IP에 서비스를 노출합니다.
NodePort 서비스가 라우팅되는 ClusterIP가 자동으로 생성되며 NodeIP:NodePort를 요청하며, 서비스 외수에서 NodePort 서비스에 접속할 수 있습니다.

6/01-svc-nodeport.yaml

apiVersion: apps/v1                                                                           
kind: Deployment                                                                              
metadata:                                                                                     
  name: nginx-deployment                                                                      
  labels:                                                                                     
    app: nginx                                                                                
spec:                                                                                         
  replicas: 1                                                                                 
  selector:                                                                                   
    matchLabels:                                                                              
      app: nginx                                                                              
  template:                                                                                   
    metadata:                                                                                 
      labels:                                                                                 
        app: nginx                                                                            
    spec:                                                                                     
      containers:                                                                             
      - name: nginx                                                                           
        image: nginx                                                                          
        ports:                                                                                
        - containerPort: 80                                                                   
---                                                                                           
apiVersion: v1                                                                                
kind: Service                                                                                 
metadata:                                                                                     
  name: my-service-nodeport                                                                   
spec:                                                                                         
  type: NodePort                                                                              
  selector:                                                                                   
    app: nginx                                                                                
  ports:                                                                                      
      # 기본적으로 그리고 편의상 `targetPort` 는 `port` 필드와 동일한 값으로 설정된다.                           
    - port: 80                                                                                
      targetPort: 80                                                                          
      # 선택적 필드                                                                               
      # 기본적으로 그리고 편의상 쿠버네티스 컨트롤 플레인은 포트 범위에서 할당한다(기본값: 30000-32767)                   
      nodePort: 30007

(3) LoadBalancer

클라우드 공급자의 로드 밸런서를 사용하여 서비스를 외부에 노출시킵니다.
클러스터 외부 IP를 가지고 있기 때문에, 클러스터 외부에서 접근 가능합니다.
외부 로드 밸런서가 라우팅되는 NodePort와 ClusterIP 서비스가 자동으로 생성됩니다.
프라이빗 클라우드 환경에서는 MetalLB를 이용하여 LoadBalancer 타입의 서비스를 이용 할 수 있습니다.

6/02-svc-loadbalancer.yaml

(4) ExternalName

값과 함께 CNAME 레코드를 리턴하여, 서비스를 externalName 필드의 콘텐츠에 매핑합니다.
클러스터 내에서 외부 서비스를 이름으로 참조할 수 있게 해주는 서비스 타입입니다.
내부 클러스터에서 외부 DNS 이름을 내부 서비스로 변환하여 접근 가능하게 됩니다.

6/03-svc-externalname.yaml

이 서비스는 my-database라는 이름으로 정의되며, 실제로는 db.example.com에 대한 DNS 쿼리로 변환됩니다.
클러스터 내부의 애플리케이션에서 my-database라는 이름을 사용하여 외부의 db.example.com에 접근할 수 있습니다.

1.3 MetalLB 설치(Private 환경에서의 로드 밸런서)

(1) metallb 네임스페이스 생성 (이미 생성해 두었음)

(2) metallb 설치 (이미 생성해 두었음)

6/04-metallb-install.txt

(3) 설치 확인

(4) IPAddressPool 생성

외부로 노출할 VIP에 대한 범위를 지정합니다.
아이피 대역은 실제 External IP로 사용할 IP를 적어줍니다. (노드에서 할당이 가능하여야 함)

6/05-metallb-ipaddresspool.yaml

생성

Loadbalancer 타입으로 서비스를 생성해보고, External IP가 할당되었는지 확인해봅니다.

2. Ingress

2.1 Ingress Controller

인그레스 리소스를 해석하고, 이를 실제 네트워크 트래픽 관리로 변환하는 쿠버네티스 구성 요소입니다.
다양한 종류의 인그레스 컨트롤러가 존재하며, 각 컨트롤러는 특정 구현 및 기능을 제공합니다.

2.2 Ingress

클러스터 내의 서비스에 대한 외부 접근을 관리하는 API 오브젝트이며, 일반적으로 HTTP를 관리합니다.
인그레스는 클러스터 외부에서 클러스터 내부 서비스로 HTTP와 HTTPS 경로를 노출시킵니다.
인그레스 컨트롤러가 있어야 인그레스를 충족할 수 있으며, 인그레스 리소스만 생성한다면 효과가 없습니다.
- 대표적인 인그레스 컨트롤러: ingress-nginx

(1) Ingress의 필요성

ingress를 이용하면 한 가지의 외부 Service로 도메인, 서브도메인 기반의 여러가지 백엔드 서비스에 연결 할 수 있는 장점이 있습니다.
ingress를 이용하면 ClusterIP 타입으로 외부에서 접근 할 수 있습니다.
ingress는 도메인기반, 서브도메인기반 등을 이용할 수 있으며 SSL을 지원합니다.

(2) Nginx Ingress Controller 설치

Private 환경에서 인그레스를 사용하기 위해 컨트롤러를 설치합니다.

6/06-ingress-nginx-install.txt

(3) 서비스 LoadBalancer 타입 설정

nginx의 svc는 편의상 이전단계에서 생성한 LoadBalancer 타입으로 지정해주도록 합니다

(4) 생성된 lb의 Externel IP를 이용하여 통신을 시도 합니다.

현재 연결된 백엔드 svc가 없으므로 404 Not Found를 확인 할 수 있습니다.

(5) Ingress 백엔드로 사용 할 서비스 생성

테스트를 위하여 총 2가지의 pod와 ClusterIP 타입의 Service를 생성합니다.
아래 deployment는 podname을 확인하도록 nginx 가 아닌 echoserver 이미지를 사용 합니다.

6/07-ingress-backend.yml

(6) 위에서 만든 yaml을 이용하여 pod 및 svc를 생성 합니다

pod와 Service가 잘 생성되었으며, 생성된 Service로 통신 시도 시 연결된 Pod 이름을 확인합니다.

(7) L7기반의 라우팅을 해주는 ingress정책을 생성 합니다

ingress svc로 들어온 패킷의 L7레이어 즉 도메인 주소를 체크하여 트래픽을 전달합니다.
- 도메인 주소가 a.com이라면 nginx-service-clusterip로 연결합니다.
- 도메인 주소가 b.com이라면 nginx2-service.clusterip로 연결합니다.

6/08-ingress.yaml

(8) ingress정책을 생성 합니다

(9) ingress가 제대로 설정되어있는지 확인 합니다.

(10) 클러스터 외부에서 host파일을 변조하여 a.com과 b.com의 주소를 LB external ip로 지정한 후 접속을 시도하여 L7 기반의 로드밸런싱+라우팅이 제대로 작동되는지 확인 합니다.

노트북의 host파일에 아래와 같은 설정을 합니다

노트패드를 관리자권한으로 열어서 아래폴더를 수정하면 됩니다.

이제 노트북에서 a.com와 b.com을 호출 합니다/

nginx ip로 직접 호출을 해봅니다
- 레이어상 도메인정보가 없으므로 분기되지 않고 404 페이지가 나타 납니다.

ingress 설정 시 아래와 같이 서브도메인으로 분기도 가능하므로 활용하도록 합니다

6/08-ingress2.yaml

위와같이 설정한다면 a.com/a 로 들어온 패킷은 nginx-service-clusterip로 라우팅 됩니다.
a.com/b 로 들어온 패킷은 nginx2.service-clusterip로 라우팅 됩니다

ingress의 기능은 MSA 아키텍처에 많은 도움을 줄 수 있습니다
ingress를 잘 활용 하면 웹서버에 페이지 별로 다른 deploy나 pod그룹을 이용하여 효율적으로 자원을 분배하고 서비스를 배치 하여 관리 할 수 있습니다

ingress의 기능은 msa아키텍처에 많은 도움을 줄 수 있으며, 웹서버에 페이지 별로 다른 deploy나 pod그룹을 이용하여 효율적으로 자원을 분배하고 서비스를 배치 하여 관리 할 수 있습니다.

다음 실습을 위해서 pod를 정리합니다.

3. 파드 네트워크

참고) 문서 상 노드 이름 및 역할

CNI 종류 및 구성방식에 따라 트래픽 전송 방식에 차이가 있습니다.
어떤 식으로 트래픽이 전달되는지 확인하는 방법을 설명합니다.

192.168.1.10 cp-k8s
192.168.1.101 w1-k8s
192.168.1.102 w2-k8s
192.168.1.103 w3-k8s

3.1 파드 네크워크

도커에서 POD 네트워크 설명할 경우와 인터페이스 이름이 다릅니다.
도커의 역할

참고1) The Industry-Leading Container Runtime | Docker

3.2 단일 컨테이너 파드

Pod (Single Container)의 네트워크 설정을 확인합니다.

6/09-pod-network-ubuntu.yaml

파드 네트워크 구성에 대해 알아봅니다.

3.3 멀티 컨테이너 파드

Pod (Multi Container)의 네트워크 설정 확인을 확인합니다.

6/10-pod-network-multicon.yaml

컨테이너 내부에서 네트워크 흐름을 알아봅니다.

노드 네트워크 확인

multi-container 관련 컨테이너 확인

3.4 파드 간 통신

Pod 간 route 경로 확인

노드 route table 확인

참고

https://kubernetes.io/ko/docs/concepts/cluster-administration/networking/

4. CoreDNS

4.1 CoreDNS 주요 플러그인

(1) kubernetes

Kubernetes 클러스터 내의 서비스와 파드를 위한 DNS 서비스를 제공합니다.

(2) forward

DNS 요청을 외부 DNS 서버로 포워딩합니다.

(3) cache

DNS 응답을 캐싱하여 성능을 향상시킵니다.

(4) loadbalance

DNS 응답을 라운드 로빈 방식으로 로드 밸런싱합니다.

CoreDNS 기본 설정

6/11-coredns-cm.yaml

4.2 CoreDNS 설정에서 외부 DNS 서버 추가

(1) 설정 수정

(2) 외부 DNS 서버 추가

forward . 192.168.255.100:53

(3) 설정 적용을 위한 coredns 파드 재시작

4.3 특정 도메인 호출 시 외부 IP로 포워딩

webservice1.com 도메인 호출시 클러스터 외부IP(172.16.0.3)로 포워딩 설정

(1) 설정 수정

(2) 특정 도메인 목적지 추가

host {} 항목을 추가합니다.

(3) 설정 적용을 위한 coredns 파드 재시작

4.4 특정 도메인 호출 시 도메인 이름 변경

webservice1.com 도메인 호출시 클러스터 외부IP(172.16.0.3)로 포워딩 설정

(1) 설정 수정

(2) rewrite 플러그인 내용 추가

[web-service.cluster.local] 요청을 [webservice1.com]로 변경하여 처리

(3) 설정 적용을 위한 coredns 파드 재시작

6. 쿠버네티스 서비스/네트워크

Analytics

1. 서비스

1.1 클러스터 외부 트래픽 받는 방법

1.2 서비스 개념

1.3 MetalLB 설치(Private 환경에서의 로드 밸런서)

2. Ingress

2.1 Ingress Controller

2.2 Ingress

3. 파드 네트워크

3.1 파드 네크워크

3.2 단일 컨테이너 파드

3.3 멀티 컨테이너 파드

3.4 파드 간 통신

4. CoreDNS

4.1 CoreDNS 주요 플러그인

4.2 CoreDNS 설정에서 외부 DNS 서버 추가

4.3 특정 도메인 호출 시 외부 IP로 포워딩

4.4 특정 도메인 호출 시 도메인 이름 변경

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