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安装配置MetalLB为Rancher实现L4负载均衡

2020年6月10日

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0x01 前言

在使用Rancher那么久发现有个问题，Rancher默认情况下只有通过nginx实现的七层负载均衡，缺少很重要的四层负载均衡，这让我们这些裸金属集群的用户很是头疼。当然，资金充足的话可以购置物理负载均衡设备挂在Rancher的worker节点前，但可惜的是没钱。

在公有云环境中一般有负载均衡的服务，这是很成熟的一套解决方案，可以检测后端也就是worker的状态从而实现高可用，四层和七层都是没问题的。

至于裸金属环境就比较尴尬，没有预设一套可靠的四层解决方案，其实七层也是不太可靠，虽然在Rancher内部可以实现高可用，但在外部却没法受益。

0x02 需求

首先来一张简单的架构图：

如果使用ingress实现的七层负载均衡，则用户只能通过某个worker节点访问，如果使用的是TCP或UDP协议，还可以使用master作为入口。但因为没有负载均衡的关系，当一直用着的入口挂掉之后，虽然整套集群不会蹦，但是也无法接入相关服务，直至人为介入修正。

正如上图中所示，如果我通过DNS将某个域名解析到某个节点或多个节点，如果节点挂了，我必须人为调整DNS或者通过API实现动态DNS，但这势必造成业务流量的长时间中断。

最好的解决方案是在外部挂一套负载均衡，但真的没钱买，只好在内部实现，而这个功能得靠MetalLB。

这个东西很简单，就是实现四层负载均衡和IP分配工作的，和虚IP类似，但一个IP只能给一个namespace占用，不知道是不是我使用的方法不对，但这问题不大，IP段够多。

先说明大致的工作流程。首先需要在system项目中建立起一个namespace，然后运行相关pod。其中有一个主配置文件，大致如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  namespace: metallb-system
  name: config
data:
  config: |
    address-pools:
      - name: ngx-ip-pool
        protocol: layer2
        addresses:
          - 10.1.3.220-10.1.3.224

这是配置映射，大致内容如下：

name：IP池的名称，建议按需进行调整IP池的数量，方便进行网络隔离
protocol：上面用的是二层协议，它还支持BGP协议，但我没有相关设备和环境进行测试
addresses：虚拟IP的IP池，可以用上面的格式，也可以用CIDR格式

完成部署后还需要在对应的namespace中添加一个四层负载均衡器，配置文件大致如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: ngx-metallb-220to224
  annotations:
    metallb.universe.tf/address-pool: ngx-ip-pool
spec:
  ports:
  - name: ingress
    port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    l4slb: ngx-metallb-220to224
  type: LoadBalancer

可以从type中看到这是一个负载均衡器，它拥有一个注释：

metallb.universe.tf/address-pool: ngx-ip-pool

指定它使用名为ngx-ip-pool的IP池，也就是上面创建的IP池；暴露TCP 80端口，后端的端口也是80；最后还有一个selector:

l4slb: ngx-metallb-220to224

最后拿着这个selector到需要暴露端口的pod里添加到标签即可。最终实现的就是可以通过IP池中的某个IP访问目标pod的TCP 80端口，如果需要监听443，则增加一个端口即可。

但这里有个需要注意的点：在同一个IP下不能有同样的端口，因为无法在同一个IP监听同样的协议和端口。还有一个小技巧，可以用它为ingress实现四层负载均衡，监听TCP 80和TCP 443即可实现七层高可用。

因为是虚拟IP，涉及到ARP响应，请留意交换机和路由器上的安全配置。

0x03 部署

部署流程非常简单，全程使用kubectl即可，首先来到官网查看手册：

MetalLB INSTALLATION

首先来到Rancher集群，打开kubectl：

紧接着执行命令创建namespace：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.9.3/manifests/namespace.yaml

继续执行以下命令创建对应的pod：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/metallb/metallb/v0.9.3/manifests/metallb.yaml

最后创建secret，注意！这只是第一次部署时需要执行：

最后单击页面底部的关闭按钮关闭kubectl窗口即可。

此时来到system项目中并没有发现刚才创建的namespace，因为没有指定默认的项目，得先来到命名空间页面中修改所属的项目：

将其修改为System并保存即可：

最后回到system项目中即可发现对应的namespace和pod：

0x04 配置

接下来进行配置，首先阅读手册：

MetalLB configuration

主要还是前面讲到的两个配置文件，首先配置IP池。首先来到配置映射页面，单击导入YAML按钮：

当然，你还可以使用kubectl进行导入：

完成后可以点击进入检查：

紧接着部署LoadBalancer，先来到负载均衡的页面，然后单击导入YAML按钮：

填入配置信息并选择ingress作为目标namespace：

完成后可以进入该四层负载均衡检查相关配置：

完成后来到ingress pod所在的位置：

将上面配置的selector key和value加入标签即可：

如何获取IP？回到四层负载均衡器并查看YAML：

然后找到对应的IP信息：

0x05 测试

从上面的步骤已经知道IP是10.1.3.220，因为后端是ingress，也就是一个nginx，而它还监听了TCP 80端口，所以可以直接访问：

如果返回404就说明已经完成了部署，而且工作正常。因为没有指定hostname的情况下请求ingress端口是返回404的。接下来部署一个nginx进行测试：

可以看到我在集群内部映射了一个端口，将容器的TCP 80映射到TCP 10080，这是为了实现TCP连接测试所用的。pod成功启动后来到负载均衡器中添加一个七层负载均衡：

然后用curl测试，一切正常，返回的是默认的nginx页面代码：

然后用前面同样的方法在这个项目中建立一个负载均衡器，但这次用的配置文件有点不一样：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: ngx-metallb-220to224
  annotations:
    metallb.universe.tf/address-pool: ngx-ip-pool
spec:
  ports:
  - name: nginx
    port: 10080
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    l4slb: ngx-metallb-220to224
  type: LoadBalancer

用同样的方式获取IP，然后测试：