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    k8s集群网络(7)-service之ipvs cluster ip实现原理

    在之前文章中我们介绍了基于iptable方式实现的k8s集群中cluster ip类型和node port类型service的负载均衡。其本质上是当网络数据包从pod的network namespace中通过linux veth pair设备进入到host宿主中的network namespace时,经过iptable一系列的NAT转换,把service的cluster ip和端口DNAT成pod的ip和端口。同时leverage linux iptable的random模块,实现了对pod的负载均衡,然后再交由host对目标pod的路由策略来实现将数据包发往pod。当然,这一切都是在linux内核空间实现的,和应用程序的用户空间没有关系。在这里我们主要介绍基于ipvs的cluster ip类型service的实现原理。如果对于ipvs不熟悉的同学可以浏览一下网站http://www.linuxvirtualserver.org/,大名鼎鼎的LVS负载均衡就是基于ipvs来实现的。

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    Linux防火墙iptables中mark模块分析及编写

    在linux系统中为了更好的实现网络流量的管理,使用了内核的mark来标识网络流量。这样造成了用户层再使用mark来标记多线负载,两种mark会互相覆盖,达不到想要的结果。在此种情况下,通过研究发现可以扩展mark模块来解决这种冲突。    1 Iptables的结构和命令格式分析    1.1 Iptables的结构分析    Iptables是linux系统为用户提供的一个配置防火墙的工具。它提供一个命名规则集。在linux中iptables防火墙实现的核心模块是netfilter,它负责维护防火墙的规则链表,实现防火墙安全防御能力。Netfilter主要有三种功能:数据包过滤、网络地址转换(nat)以及数据包处理(mangle)。数据包过滤模块的功能是过滤报文,不作任何修改,或者接受,或者拒绝。Nat是网络地址转换,该模块以connection tracking模块为基础,仅对每个连接的第一个报文进行匹配和处理,然后交由connection tracking模块将处理结果应用到该连接之后的所有报文。Mangle是属于可以进行报文内容修改的ip tables,可供修改的报文内容包括mark、tos、ttl等。同时该模块带有用户空间和内核交流的接口。    1.2 Iptables命令格式分析    一个最简单的规则可以描述为拒绝所有转发报文,用iptables命令表示就是:iptables -A FORWORD -j DROP。Iptables应用程序将命令行输入转换为程序可读的格式,然后再调用libiptc库提供的iptc_commit()函数向核心提交该操作请求。它根据请求设置了一个struct ipt_replace结构,用来描述规则所涉及的表和HOOK点等信息,并在其后附接当前这条规则,一个struct ipt_entry结构。组织好这些数据后,iptc_commit()调用setsockopt()系统调用来启动核心处理这一请求。    2 Netfilter的结构分析    Netfilter是linux系统中的内核防火墙框架,主要进行包过滤,连接跟踪,地址转换的功能,是防火墙的基础。其主要通过表、链实现。在netfilter中,每种网络协议都有自己的一套hook函数。数据报经过协议栈的几个关键点时调用hook函数,hook函数标号和协议栈数据报作为参数,传递给netfilter框架。其主要框架如图1所示:    3 Netfilter和 Iptables相关模块属性分析    3.1 与netfilter有关的结构    Netfilter一个重大修正思想就是将netfilter作为一个协议无关的框架,表现在内核结构树中单独建立net/netfilter目录,在net/netfilter下的匹配和目标模块文件名称以“xt_”开头。    为了和iptables兼容,这些文件中增加了一个新的宏定义:module_alias,来表示模块的别名。所有扩展程序的名称也是以xt开头。    Netfilter扩展的程序框架:    Xt_kzmark.c:    Static unsigned int kzmark_tg(struct sk_buff *skb, const struct xt_action_param *par)    Static int kzmark_tg_check(const struct xt_tgchk_param *par)    Static void kzmark_tg_destroy(const struct xt_tgdtor_param *par)    Static boool kzmark_mt(const struct sk_buff *skb, struct xt_action_param *par)    Static int kzmark_mt_check(const struct xt_mtchk_param *par)    Static void kzmark_mt_destroy(const struct xt_mtdtor_param *par)    Static struct xt_target kzmark_tg_reg __read_mostly = {}    Static struct xt_match kzmark_mt_reg __read_mostly = {}    Static int __init kzmark_mt_init(void)    {Int ret;    Need_ipv4_conntrack();    Ret = xt_register_target(&kzmark_tg_reg);    Ret = xt_register_match(&kzmark_mt_reg);}    Static void_exi

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