使用containerlab搭建cilium BGP环境解析
- 2022 年 9 月 20 日
- 笔记
- Kubernetes
使用 Containerlab + Kind 快速部署 Cilium BGP 环境一文中使用Containerlab和Cilium实现了模拟环境下的Cilium BGP网络。它使用Containerlab模拟外部BGP路由器，使用Cilium BGP的
CiliumBGPPeeringPolicy与外部路由器建立BGP关系。
containerLab的简单用法
containerLab支持很多节点和类型设置，相对比较复杂。实际使用中只需要掌握基本的组网即可
安装
网络布线
如果没有指定网络模式，则使用默认的bridge。
container mode用于于其他容器共享网络命名空间
my-node: kind: linux sidecar-node: kind: linux network-mode: container:my-node #my-node为另一个容器 startup-delay: 10
name: srl02
topology:
kinds:
srl:
type: ixrd3 #srlinux支持的类型，用于模拟硬件
image: ghcr.io/nokia/srlinux #使用的容器镜像
nodes:
srl1: #节点1信息
kind: srl
srl2: #节点2信息
kind: srl
links:
- endpoints: ["srl1:e1-1", "srl2:e1-1"] #节点1和节点2的点对点连接信息
上述配置包含两个SR Linux节点srl1和srl2，它们通过以下两种方式互通：
- 都通过接口
mgmt连接到了默认的容器网桥clab(使用docker network ls查看) - 通过接口
e1-1进行了点到点连接。点到点连接是通过一对veth实现的。enpoints描述了一对veth，因此数组中有且只能有2个元素
执行如下命令部署网络：
# containerlab deploy -t srl02.clab.yml
生成的容器网络如下：
IPv4: subnet 172.20.20.0/24, gateway 172.20.20.1
IPv6: subnet 2001:172:20:20::/64, gateway 2001:172:20:20::1
配置管理网络
用户自定义网络
一般情况下使用默认默认配置即可，但如果默认的网络于现有网络出现冲突，则可以手动指定网段：
mgmt:
network: custom_mgmt # management network name
ipv4_subnet: 172.100.100.0/24 # ipv4 range
ipv6_subnet: 2001:172:100:100::/80 # ipv6 range (optional)
topology:
# the rest of the file is omitted for brevity
可以手动给节点指定特定IP，相当于静态IP，但此时需要给所有容器手动指定IP：
mgmt:
network: fixedips #指定容器网络名称(默认的容器网络名称为clab)
bridge: mybridge #指定网桥名称(默认的网桥名称为 br-<network-id>)
ipv4_subnet: 172.100.100.0/24
ipv6_subnet: 2001:172:100:100::/80
topology:
nodes:
n1:
kind: srl
mgmt_ipv4: 172.100.100.11 # set ipv4 address on management network
mgmt_ipv6: 2001:172:100:100::11 # set ipv6 address on management network
查看拓扑图
执行如下命令可以查看拓扑图：
# containerlab graph -t srl02.clab.yml
重新配置网络
如果修改了配置文件可以使用如下命令重新配置网络：
# containerlab deploy -t srl02.clab.yml --reconfigure
例子
官方给出了很多配置组网的例子。组网中一般涉及两种实例：VM和路由器，后者可以使用FRR组件模拟。
原文配置解析
Kubernetes配置
下面使用kind创建了一个kubernetes集群，其中包含一个控制节点和3个工作节点，并分配和节点IP和pod网段。
注意配置中禁用了默认的CNI，因此使用kind部署之后，节点之间由于无法通信而不会Ready。
# cluster.yaml
kind: Cluster
name: clab-bgp-cplane-demo
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
disableDefaultCNI: true # 禁用默认 CNI
podSubnet: "10.1.0.0/16" # Pod CIDR
nodes:
- role: control-plane # 节点角色
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: InitConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.1.2 # 节点 IP
node-labels: "rack=rack0" # 节点标签
- role: worker
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: JoinConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.2.2
node-labels: "rack=rack0"
- role: worker
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: JoinConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.3.2
node-labels: "rack=rack1"
- role: worker
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: JoinConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.4.2
node-labels: "rack=rack1"
Cilium安装
原文中的验证步骤可能不大合理，应该是先启动kubernetes和cilium，然后再启动containerlab，否则kubernetes因为没有CNI，也无法生成路由。
# values.yaml
tunnel: disabled
ipam:
mode: kubernetes
ipv4NativeRoutingCIDR: 10.0.0.0/8
# 开启 BGP 功能支持，等同于命令行执行 --enable-bgp-control-plane=true
bgpControlPlane:
enabled: true
k8s:
requireIPv4PodCIDR: true
helm repo add cilium //helm.cilium.io/
helm install -n kube-system cilium cilium/cilium --version v1.12.1 -f values.yaml
完成上述配置之后kubernetes集群就启动了，节点也Ready了，下面进行BGP的配置。
BPG配置
原文中使用frrouting/frr:v8.2.2镜像来实现BGP路由发现。更多参数配置可以参见官方手册。文中的containerlab的topo文件如下：
# topo.yaml
name: bgp-cplane-demo
topology:
kinds:
linux:
cmd: bash
nodes:
router0:
kind: linux
image: frrouting/frr:v8.2.2
labels:
app: frr
exec:
- iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
- ip addr add 10.0.0.0/32 dev lo
- ip route add blackhole 10.0.0.0/8
- touch /etc/frr/vtysh.conf
- sed -i -e 's/bgpd=no/bgpd=yes/g' /etc/frr/daemons
- usr/lib/frr/frrinit.sh start
- >-
vtysh -c 'conf t'
-c 'router bgp 65000'
-c ' bgp router-id 10.0.0.0'
-c ' no bgp ebgp-requires-policy'
-c ' neighbor ROUTERS peer-group'
-c ' neighbor ROUTERS remote-as external'
-c ' neighbor ROUTERS default-originate'
-c ' neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'
-c ' neighbor net1 interface peer-group ROUTERS'
-c ' address-family ipv4 unicast'
-c ' redistribute connected'
-c ' exit-address-family'
-c '!'
tor0:
kind: linux
image: frrouting/frr:v8.2.2
labels:
app: frr
exec:
- ip link del eth0
- ip addr add 10.0.0.1/32 dev lo
- ip addr add 10.0.1.1/24 dev net1
- ip addr add 10.0.2.1/24 dev net2
- touch /etc/frr/vtysh.conf
- sed -i -e 's/bgpd=no/bgpd=yes/g' /etc/frr/daemons
- /usr/lib/frr/frrinit.sh start
- >-
vtysh -c 'conf t'
-c 'frr defaults datacenter'
-c 'router bgp 65010'
-c ' bgp router-id 10.0.0.1'
-c ' no bgp ebgp-requires-policy'
-c ' neighbor ROUTERS peer-group'
-c ' neighbor ROUTERS remote-as external'
-c ' neighbor SERVERS peer-group'
-c ' neighbor SERVERS remote-as internal'
-c ' neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'
-c ' neighbor 10.0.1.2 peer-group SERVERS'
-c ' neighbor 10.0.2.2 peer-group SERVERS'
-c ' address-family ipv4 unicast'
-c ' redistribute connected'
-c ' exit-address-family'
-c '!'
tor1:
kind: linux
image: frrouting/frr:v8.2.2
labels:
app: frr
exec:
- ip link del eth0
- ip addr add 10.0.0.2/32 dev lo
- ip addr add 10.0.3.1/24 dev net1
- ip addr add 10.0.4.1/24 dev net2
- touch /etc/frr/vtysh.conf
- sed -i -e 's/bgpd=no/bgpd=yes/g' /etc/frr/daemons
- /usr/lib/frr/frrinit.sh start
- >-
vtysh -c 'conf t'
-c 'frr defaults datacenter'
-c 'router bgp 65011'
-c ' bgp router-id 10.0.0.2'
-c ' no bgp ebgp-requires-policy'
-c ' neighbor ROUTERS peer-group'
-c ' neighbor ROUTERS remote-as external'
-c ' neighbor SERVERS peer-group'
-c ' neighbor SERVERS remote-as internal'
-c ' neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'
-c ' neighbor 10.0.3.2 peer-group SERVERS'
-c ' neighbor 10.0.4.2 peer-group SERVERS'
-c ' address-family ipv4 unicast'
-c ' redistribute connected'
-c ' exit-address-family'
-c '!'
server0:
kind: linux
image: nicolaka/netshoot:latest
network-mode: container:control-plane
exec:
- ip addr add 10.0.1.2/24 dev net0
- ip route replace default via 10.0.1.1
server1:
kind: linux
image: nicolaka/netshoot:latest
network-mode: container:worker
exec:
- ip addr add 10.0.2.2/24 dev net0
- ip route replace default via 10.0.2.1
server2:
kind: linux
image: nicolaka/netshoot:latest
network-mode: container:worker2
exec:
- ip addr add 10.0.3.2/24 dev net0
- ip route replace default via 10.0.3.1
server3:
kind: linux
image: nicolaka/netshoot:latest
network-mode: container:worker3
exec:
- ip addr add 10.0.4.2/24 dev net0
- ip route replace default via 10.0.4.1
links:
- endpoints: ["router0:net0", "tor0:net0"]
- endpoints: ["router0:net1", "tor1:net0"]
- endpoints: ["tor0:net1", "server0:net0"]
- endpoints: ["tor0:net2", "server1:net0"]
- endpoints: ["tor1:net1", "server2:net0"]
- endpoints: ["tor1:net2", "server3:net0"]
该topo中涉及3个路由器：router0、tor0、tor1。以及4个普通节点：server0、server1、server2、server3，这4个节点与kubernetes的节点(容器部署)共享相同的网络命名空间。
下面看下各个节点是如何
router0的配置
下面是router0的bgp配置，其地址为10.0.0.0：
vtysh -c 'conf t'
-c 'router bgp 65000'
-c ' bgp router-id 10.0.0.0'
-c ' no bgp ebgp-requires-policy'
-c ' neighbor ROUTERS peer-group'
-c ' neighbor ROUTERS remote-as external'
-c ' neighbor ROUTERS default-originate'
-c ' neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'
-c ' neighbor net1 interface peer-group ROUTERS'
-c ' address-family ipv4 unicast'
-c ' redistribute connected'
-c ' exit-address-family'
-c '!'
vtysh -c 'conf t'：通过vtysh命令进入交互界面，然后进入配置界面'router bgp 65000':配置BGP路由器的ASN(AS number)，BGP协议使用该数值来判断BGP连接的是内部还是外部。输入该命令之后就可以执行BGP命令。'bgp router-id 10.0.0.0'：指定router-ID，用于标识路由器。此处使用IP作为路由标识'no bgp ebgp-requires-policy'：不需要使用策略来交换路由信息。'neighbor ROUTERS peer-group':定义一个peer group，用于交换路由，一个peer group中可以有多个peer'neighbor ROUTERS remote-as external'：router0的邻居为tor0和tor1，它们都使用不同的ASN，因此将tor0和tor1作为EBGP，EBGP会在传播路由的时候修改下一跳。参考：EBGP vs IBGP'neighbor ROUTERS default-originate'：将默认路由0.0.0.0发送给邻居。'neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'/'neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'：将对端绑定到一个peer group。这里的对端可以是接口名称或是邻居标签'address-family ipv4 unicast'：进入IPv4单播配置界面'redistribute connected'：将路由从其他协议重新分发到BGP，此处为系统的直连路由。'exit-address-family'：退出地址族配置。
上述配置中，为router0添加了邻居net0(连接到tor0)和net1(连接到tor1)，并在BGP中引入了ipv4的直连路由。此时组网如下：
tor0配置
vtysh -c 'conf t'
-c 'frr defaults datacenter'
-c 'router bgp 65010'
-c ' bgp router-id 10.0.0.1'
-c ' no bgp ebgp-requires-policy'
-c ' neighbor ROUTERS peer-group'
-c ' neighbor ROUTERS remote-as external'
-c ' neighbor SERVERS peer-group'
-c ' neighbor SERVERS remote-as internal'
-c ' neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'
-c ' neighbor 10.0.1.2 peer-group SERVERS'
-c ' neighbor 10.0.2.2 peer-group SERVERS'
-c ' address-family ipv4 unicast'
-c ' redistribute connected'
-c ' exit-address-family'
此处配置与router0大体相同，它同样创建了一个EBGP类型的peer group ROUTERS，将net0(连接到router0)作为邻居。同时它创建一个IBGP类型的peer group SERVERS，并将server0和server1的地址作为邻居。
tor1与tor0的配置类似，此处不再详述。最后的组网如下。其中tor0、tor1和router0建立了邻居关系。另外需要注意的是，containerlab网络中的server0~3分别与kubernetes的对应节点共享网络命名空间。
在router0上查看bgp邻居关系，可以看到router0与tor0(net0)、tor1(net1)建立了邻居关系：
router0# show bgp summary
IPv4 Unicast Summary (VRF default):
BGP router identifier 10.0.0.0, local AS number 65000 vrf-id 0
BGP table version 8
RIB entries 15, using 2760 bytes of memory
Peers 2, using 1433 KiB of memory
Peer groups 1, using 64 bytes of memory
Neighbor V AS MsgRcvd MsgSent TblVer InQ OutQ Up/Down State/PfxRcd PfxSnt Desc
net0 4 65010 15 15 0 0 0 00:00:20 3 9 N/A
net1 4 65011 15 15 0 0 0 00:00:20 3 9 N/A
Total number of neighbors 2
在tor0上查看邻居关系，可以看到，tor0并没有与kubernetes节点建立邻居关系，因此无法获取kubernetes pod节点的路由信息。
tor0# show bgp summary
IPv4 Unicast Summary (VRF default):
BGP router identifier 10.0.0.1, local AS number 65010 vrf-id 0
BGP table version 9
RIB entries 15, using 2760 bytes of memory
Peers 3, using 2149 KiB of memory
Peer groups 2, using 128 bytes of memory
Neighbor V AS MsgRcvd MsgSent TblVer InQ OutQ Up/Down State/PfxRcd PfxSnt Desc
router0(net0) 4 65000 19 20 0 0 0 00:00:33 6 9 N/A
10.0.1.2 4 0 0 0 0 0 0 never Active 0 N/A
10.0.2.2 4 0 0 0 0 0 0 never Active 0 N/
Total number of neighbors 3
在router0上查看bgp发现的路由，可以看到不存在pod网段(10.1.0.0/16)的路由
router0# show bgp ipv4 all
For address family: IPv4 Unicast
BGP table version is 8, local router ID is 10.0.0.0, vrf id 0
Default local pref 100, local AS 65000
Status codes: s suppressed, d damped, h history, * valid, > best, = multipath,
i internal, r RIB-failure, S Stale, R Removed
Nexthop codes: @NNN nexthop's vrf id, < announce-nh-self
Origin codes: i - IGP, e - EGP, ? - incomplete
RPKI validation codes: V valid, I invalid, N Not found
Network Next Hop Metric LocPrf Weight Path
*> 10.0.0.0/32 0.0.0.0 0 32768 ?
*> 10.0.0.1/32 net0 0 0 65010 ?
*> 10.0.0.2/32 net1 0 0 65011 ?
*> 10.0.1.0/24 net0 0 0 65010 ?
*> 10.0.2.0/24 net0 0 0 65010 ?
*> 10.0.3.0/24 net1 0 0 65011 ?
*> 10.0.4.0/24 net1 0 0 65011 ?
*> 172.20.20.0/24 0.0.0.0 0 32768 ?
Displayed 8 routes and 8 total paths
与kubernetes建立BGP
上述配置中，tor0和tor1已经将kubernetes的节点作为IBGP，下面进行kubernetes侧BPG配置。cilium的CiliumBGPPeeringPolicy CRD中可以配置BGP peer信息。
apiVersion: "cilium.io/v2alpha1"
kind: CiliumBGPPeeringPolicy
metadata:
name: rack0
spec:
nodeSelector:
matchLabels:
rack: rack0
virtualRouters:
- localASN: 65010
exportPodCIDR: true # 自动宣告 Pod CIDR
neighbors:
- peerAddress: "10.0.0.1/32" # tor0 的 IP 地址
peerASN: 65010
---
apiVersion: "cilium.io/v2alpha1"
kind: CiliumBGPPeeringPolicy
metadata:
name: rack1
spec:
nodeSelector:
matchLabels:
rack: rack1
virtualRouters:
- localASN: 65011
exportPodCIDR: true
neighbors:
- peerAddress: "10.0.0.2/32" # tor1 的 IP 地址
peerASN: 65011
上述配置中将标签为rack=rack0的节点(即control-plane和worker)与tor0建立邻居，将标签为rack=rack1的节点(即worker和worker2)与tor1建立邻居：
# k get node -l rack=rack0
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
clab-bgp-cplane-demo-control-plane Ready control-plane 2d11h v1.24.0
clab-bgp-cplane-demo-worker Ready <none> 2d11h v1.24.0
# k get node -l rack=rack1
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
clab-bgp-cplane-demo-worker2 Ready <none> 2d11h v1.24.0
clab-bgp-cplane-demo-worker3 Ready <none> 2d11h v1.24.0
CiliumBGPPeeringPolicy各个字段的说明如下
nodeSelector: Nodes which are selected by this label selector will apply the given policy
virtualRouters: One or more peering configurations outlined below. Each peering configuration can be thought of as a BGP router instance.
virtualRouters[*].localASN: The local ASN for this peering configuration
virtualRouters[*].exportPodCIDR: Whether to export the private pod CIDR block to the listed neighbors
virtualRouters[*].neighbors: A list of neighbors to peer with
neighbors[*].peerAddress: The address of the peer neighbor
neighbors[*].peerASN: The ASN of the peer
完成上述配置之后，containerlab的router0、tor0、tor1就学习到了kubernetes的路由信息：
查看tor0的bgp邻居，可以看到它与clab-bgp-cplane-demo-control-plane(10.0.1.2)和clab-bgp-cplane-demo-worker(10.0.2.2)成功建立了邻居关系：
tor0# show bgp summary
IPv4 Unicast Summary (VRF default):
BGP router identifier 10.0.0.1, local AS number 65010 vrf-id 0
BGP table version 13
RIB entries 23, using 4232 bytes of memory
Peers 3, using 2149 KiB of memory
Peer groups 2, using 128 bytes of memory
Neighbor V AS MsgRcvd MsgSent TblVer InQ OutQ Up/Down State/PfxRcd PfxSnt Desc
router0(net0) 4 65000 1430 1431 0 0 0 01:10:58 8 13 N/A
clab-bgp-cplane-demo-control-plane(10.0.1.2) 4 65010 46 52 0 0 0 00:02:12 1 11 N/A
clab-bgp-cplane-demo-worker(10.0.2.2) 4 65010 47 53 0 0 0 00:02:15 1 11 N/A
Total number of neighbors 3
查看tor1的bgp邻居，可以看到它与clab-bgp-cplane-demo-worker2(10.0.3.2)和clab-bgp-cplane-demo-worker3(10.0.4.2)成功建立了邻居关系：
tor1# show bgp summary
IPv4 Unicast Summary (VRF default):
BGP router identifier 10.0.0.2, local AS number 65011 vrf-id 0
BGP table version 13
RIB entries 23, using 4232 bytes of memory
Peers 3, using 2149 KiB of memory
Peer groups 2, using 128 bytes of memory
Neighbor V AS MsgRcvd MsgSent TblVer InQ OutQ Up/Down State/PfxRcd PfxSnt Desc
router0(net0) 4 65000 1436 1437 0 0 0 01:11:15 8 13 N/A
clab-bgp-cplane-demo-worker2(10.0.3.2) 4 65011 53 60 0 0 0 00:02:31 1 11 N/A
clab-bgp-cplane-demo-worker3(10.0.4.2) 4 65011 54 61 0 0 0 00:02:33 1 11 N/A
Total number of neighbors 3
查看route0的配置可以发现其获取到了Pod的路由信息：
router0# show bgp ipv4 all
For address family: IPv4 Unicast
BGP table version is 12, local router ID is 10.0.0.0, vrf id 0
Default local pref 100, local AS 65000
Status codes: s suppressed, d damped, h history, * valid, > best, = multipath,
i internal, r RIB-failure, S Stale, R Removed
Nexthop codes: @NNN nexthop's vrf id, < announce-nh-self
Origin codes: i - IGP, e - EGP, ? - incomplete
RPKI validation codes: V valid, I invalid, N Not found
Network Next Hop Metric LocPrf Weight Path
*> 10.0.0.0/32 0.0.0.0 0 32768 ?
*> 10.0.0.1/32 net0 0 0 65010 ?
*> 10.0.0.2/32 net1 0 0 65011 ?
*> 10.0.1.0/24 net0 0 0 65010 ?
*> 10.0.2.0/24 net0 0 0 65010 ?
*> 10.0.3.0/24 net1 0 0 65011 ?
*> 10.0.4.0/24 net1 0 0 65011 ?
*> 10.1.0.0/24 net0 0 65010 i
*> 10.1.1.0/24 net1 0 65011 i
*> 10.1.2.0/24 net0 0 65010 i
*> 10.1.3.0/24 net1 0 65011 i
*> 172.20.20.0/24 0.0.0.0 0 32768 ?
Displayed 12 routes and 12 total paths
kubernetes的Pod网络
本环境下，kubernetes的Pod通过分别连接到pod命名空间和系统命名空间的一对veth实现互通，当报文从pod命名空间传递到系统命名空间之后就会通过系统路由进行报文分发。
思考
如果将router0、tor0、tor1和kubernetes的所有节点作为一个IBGP会怎么样(即所有的ASN都相同，都是internal类型的)？
答：此时由于tor0和tor1无法将学习到的路由转发给router0，将导致router0缺少pod路由，进而导致网络tor0和tor1不通
EBGP和IBGP在技术实现上的第三个区别在路由转发的行为上。通过IBGP学习到的路由，不能传递给其他的IBGP。这么作是为了防止路由环路（loop）。EBGP通过BGP协议里面的AS_PATH和其他元素过滤来自于自己的路由，但是IBGP运行在一个AS内部，没有AS_PATH，所以IBGP干脆不转发来自于其他IBGP的路由。
由于不能转发路由，这要求所有的IBGP router两两相连，组成一个full-mesh的网络。Full-mesh的连接数与节点的关系是n*(n-1)，连接数随着节点数的增加而迅速增加，这给配置和管理带来了问题。
参考
TIPs:
- BGP简单调试：首先使用
show bgp summary查看本节点与邻居是否协商成功，然后使用show bgp ipv4 wide查看本节点学习到的路由即可 - 此外还可以通过
show bgp neighbor查看邻居状态，以及通过show bgp peer-group查看peer group的信息，使用show bgp nexthop查看下一跳表
