使用containerlab搭建cilium BGP環境解析
- 2022 年 9 月 20 日
- 筆記
- Kubernetes
使用 Containerlab + Kind 快速部署 Cilium BGP 環境一文中使用Containerlab和Cilium實現了模擬環境下的Cilium BGP網路。它使用Containerlab模擬外部BGP路由器，使用Cilium BGP的
CiliumBGPPeeringPolicy與外部路由器建立BGP關係。
containerLab的簡單用法
containerLab支援很多節點和類型設置，相對比較複雜。實際使用中只需要掌握基本的組網即可
安裝
網路布線
如果沒有指定網路模式，則使用默認的bridge。
container mode用于于其他容器共享網路命名空間
my-node: kind: linux sidecar-node: kind: linux network-mode: container:my-node #my-node為另一個容器 startup-delay: 10
name: srl02
topology:
kinds:
srl:
type: ixrd3 #srlinux支援的類型，用於模擬硬體
image: ghcr.io/nokia/srlinux #使用的容器鏡像
nodes:
srl1: #節點1資訊
kind: srl
srl2: #節點2資訊
kind: srl
links:
- endpoints: ["srl1:e1-1", "srl2:e1-1"] #節點1和節點2的點對點連接資訊
上述配置包含兩個SR Linux節點srl1和srl2，它們通過以下兩種方式互通：
- 都通過介面
mgmt連接到了默認的容器網橋clab(使用docker network ls查看) - 通過介面
e1-1進行了點到點連接。點到點連接是通過一對veth實現的。enpoints描述了一對veth，因此數組中有且只能有2個元素
執行如下命令部署網路：
# containerlab deploy -t srl02.clab.yml
生成的容器網路如下：
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
配置管理網路
用戶自定義網路
一般情況下使用默認默認配置即可，但如果默認的網路於現有網路出現衝突，則可以手動指定網段：
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
可以手動給節點指定特定IP，相當於靜態IP，但此時需要給所有容器手動指定IP：
mgmt:
network: fixedips #指定容器網路名稱(默認的容器網路名稱為clab)
bridge: mybridge #指定網橋名稱(默認的網橋名稱為 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
查看拓撲圖
執行如下命令可以查看拓撲圖：
# containerlab graph -t srl02.clab.yml
重新配置網路
如果修改了配置文件可以使用如下命令重新配置網路：
# containerlab deploy -t srl02.clab.yml --reconfigure
例子
官方給出了很多配置組網的例子。組網中一般涉及兩種實例：VM和路由器，後者可以使用FRR組件模擬。
原文配置解析
Kubernetes配置
下面使用kind創建了一個kubernetes集群，其中包含一個控制節點和3個工作節點，並分配和節點IP和pod網段。
注意配置中禁用了默認的CNI，因此使用kind部署之後，節點之間由於無法通訊而不會Ready。
# cluster.yaml
kind: Cluster
name: clab-bgp-cplane-demo
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
disableDefaultCNI: true # 禁用默認 CNI
podSubnet: "10.1.0.0/16" # Pod CIDR
nodes:
- role: control-plane # 節點角色
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: InitConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.1.2 # 節點 IP
node-labels: "rack=rack0" # 節點標籤
- 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安裝
原文中的驗證步驟可能不大合理，應該是先啟動kubernetes和cilium，然後再啟動containerlab，否則kubernetes因為沒有CNI，也無法生成路由。
# values.yaml
tunnel: disabled
ipam:
mode: kubernetes
ipv4NativeRoutingCIDR: 10.0.0.0/8
# 開啟 BGP 功能支援，等同於命令行執行 --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
完成上述配置之後kubernetes集群就啟動了，節點也Ready了，下面進行BGP的配置。
BPG配置
原文中使用frrouting/frr:v8.2.2鏡像來實現BGP路由發現。更多參數配置可以參見官方手冊。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"]
該topo中涉及3個路由器：router0、tor0、tor1。以及4個普通節點：server0、server1、server2、server3，這4個節點與kubernetes的節點(容器部署)共享相同的網路命名空間。
下面看下各個節點是如何
router0的配置
下面是router0的bgp配置，其地址為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'：通過vtysh命令進入交互介面，然後進入配置介面'router bgp 65000':配置BGP路由器的ASN(AS number)，BGP協議使用該數值來判斷BGP連接的是內部還是外部。輸入該命令之後就可以執行BGP命令。'bgp router-id 10.0.0.0'：指定router-ID，用於標識路由器。此處使用IP作為路由標識'no bgp ebgp-requires-policy'：不需要使用策略來交換路由資訊。'neighbor ROUTERS peer-group':定義一個peer group，用於交換路由，一個peer group中可以有多個peer'neighbor ROUTERS remote-as external'：router0的鄰居為tor0和tor1，它們都使用不同的ASN，因此將tor0和tor1作為EBGP，EBGP會在傳播路由的時候修改下一跳。參考：EBGP vs IBGP'neighbor ROUTERS default-originate'：將默認路由0.0.0.0發送給鄰居。'neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'/'neighbor net0 interface peer-group ROUTERS'：將對端綁定到一個peer group。這裡的對端可以是介面名稱或是鄰居標籤'address-family ipv4 unicast'：進入IPv4單播配置介面'redistribute connected'：將路由從其他協議重新分發到BGP，此處為系統的直連路由。'exit-address-family'：退出地址族配置。
上述配置中，為router0添加了鄰居net0(連接到tor0)和net1(連接到tor1)，並在BGP中引入了ipv4的直連路由。此時組網如下：
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'
此處配置與router0大體相同，它同樣創建了一個EBGP類型的peer group ROUTERS，將net0(連接到router0)作為鄰居。同時它創建一個IBGP類型的peer group SERVERS，並將server0和server1的地址作為鄰居。
tor1與tor0的配置類似，此處不再詳述。最後的組網如下。其中tor0、tor1和router0建立了鄰居關係。另外需要注意的是，containerlab網路中的server0~3分別與kubernetes的對應節點共享網路命名空間。
在router0上查看bgp鄰居關係，可以看到router0與tor0(net0)、tor1(net1)建立了鄰居關係：
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上查看鄰居關係，可以看到，tor0並沒有與kubernetes節點建立鄰居關係，因此無法獲取kubernetes pod節點的路由資訊。
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發現的路由，可以看到不存在pod網段(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
與kubernetes建立BGP
上述配置中，tor0和tor1已經將kubernetes的節點作為IBGP，下面進行kubernetes側BPG配置。cilium的CiliumBGPPeeringPolicy CRD中可以配置BGP peer資訊。
apiVersion: "cilium.io/v2alpha1"
kind: CiliumBGPPeeringPolicy
metadata:
name: rack0
spec:
nodeSelector:
matchLabels:
rack: rack0
virtualRouters:
- localASN: 65010
exportPodCIDR: true # 自動宣告 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
上述配置中將標籤為rack=rack0的節點(即control-plane和worker)與tor0建立鄰居，將標籤為rack=rack1的節點(即worker和worker2)與tor1建立鄰居：
# 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各個欄位的說明如下
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
完成上述配置之後，containerlab的router0、tor0、tor1就學習到了kubernetes的路由資訊：
查看tor0的bgp鄰居，可以看到它與clab-bgp-cplane-demo-control-plane(10.0.1.2)和clab-bgp-cplane-demo-worker(10.0.2.2)成功建立了鄰居關係：
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鄰居，可以看到它與clab-bgp-cplane-demo-worker2(10.0.3.2)和clab-bgp-cplane-demo-worker3(10.0.4.2)成功建立了鄰居關係：
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的配置可以發現其獲取到了Pod的路由資訊：
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網路
本環境下，kubernetes的Pod通過分別連接到pod命名空間和系統命名空間的一對veth實現互通，當報文從pod命名空間傳遞到系統命名空間之後就會通過系統路由進行報文分發。
思考
如果將router0、tor0、tor1和kubernetes的所有節點作為一個IBGP會怎麼樣(即所有的ASN都相同，都是internal類型的)？
答：此時由於tor0和tor1無法將學習到的路由轉發給router0，將導致router0缺少pod路由，進而導致網路tor0和tor1不通
EBGP和IBGP在技術實現上的第三個區別在路由轉發的行為上。通過IBGP學習到的路由，不能傳遞給其他的IBGP。這麼作是為了防止路由環路（loop）。EBGP通過BGP協議裡面的AS_PATH和其他元素過濾來自於自己的路由，但是IBGP運行在一個AS內部，沒有AS_PATH，所以IBGP乾脆不轉發來自於其他IBGP的路由。
由於不能轉發路由，這要求所有的IBGP router兩兩相連，組成一個full-mesh的網路。Full-mesh的連接數與節點的關係是n*(n-1)，連接數隨著節點數的增加而迅速增加，這給配置和管理帶來了問題。
參考
TIPs:
- BGP簡單調試：首先使用
show bgp summary查看本節點與鄰居是否協商成功，然後使用show bgp ipv4 wide查看本節點學習到的路由即可 - 此外還可以通過
show bgp neighbor查看鄰居狀態，以及通過show bgp peer-group查看peer group的資訊，使用show bgp nexthop查看下一跳錶
