Using Flannel with Docker

OS: RedHat Enterprise Linux 7.4 LE
Architect: IBM Power 8

1. Overview

호스트가 서로 다른 Docker속 컨테이너끼리 네트워크 통신을 가능하게 하는 Flannel 플러그인을 다뤄보겠습니다.

참고링크1: Configuring flannel overlay network with VXLAN for Docker on IBM Power Systems servers

참고링크2: ppc64le에서의 flannel 구성 : host 서버 외부로의 docker container network 구성

2. Prerequisites

Docker가 설치되어 있어야 합니다.
Flannel빌드에 golang이 필요하니, epel레포지토리의 추가가 필요합니다.
iptable의 설치가 필요합니다.
노드끼리의 ssh key교환이 필요

이 문서에서는 서로다른 두 개의 호스트에 위치한 컨테이너끼리의 통신을 다루고 있습니다.

3. Flannel?

Docker Network 구조 -bridge mode

docker의 기본적인 네트워크 구조는 위와 같습니다. 도커를 설치하고 network interface를 살펴보면 docker0라는 virtual interface를 확인할 수 있습니다.
docker0는 일반적인 interface가 아니라 virtual ethernet bridge입니다. bridge는 기본적으로 L2통신 기반이며 container가 하나 생성될때마다 container의 interface가 하나씩 binding됩니다. (그림의 vethXYZ)
따라서 container가 외부로 통신할때는 반드시 docker0를 지나야합니다.

서로 다른 호스트에서의 컨테이너 통신

Host1과 Host2는 물리적으로 다른 호스트입니다. 내부에 도커서비스가 돌아가고있고 각각 containerA(123.0.1.1)과 containerB(123.0.1.2)를 서비스하고 있습니다.
서로 다른 호스트끼리 하나의 컨테이너 클러스터를 구성하고 싶어 containerA와 containerB를 네트워크상으로 연결하는것이 가능할까요?
결론적으로는 불가능합니다. containerA에 할당된 ip는 123.0.1.1로 docker가 할당해준 ip입니다. 이는 도커호스트 내부에서밖에 사용할 수 없습니다.
즉 containerA에서 containerB로 ping을 보내려면, (Host1)docker0->eth0->(Host2)eth0->docker0->(ContainerB)eth0의 과정을 통해 전달되어야합니다. 이는 복잡한 포트포워딩이 필요합니다.
하지만, 런타임으로 인바운드-아웃바운드 포트가 랜덤하게 정해지는 애플리케이션에서는 포트포워딩으로는 해결할 수 없습니다.

Flannel

Flannel은 한마디로 원래의 패킷을 한번더 감싸는 역할을 하게 됩니다. 그림으로 보면 Node1의 Container1에서 Node2의 Container2로 보내는 패킷을 UDP로 감싸게 됩니다.
UDP의 헤더에는 출발지와 목적지의 정보가 들어있습니다.
이를 통해 컨테이너 간 통신을 포트포워딩 없이도 가능하게 합니다.

4. Configure Flannel

etcd설정

Flannel을 구성하기 전에 두대의 서버에 모두 etcd의 설치를 진행합니다.

etcd
분산 key/value store로 어떤 노드의 어떤 ID의 컨테이너가 어떤 ip로 할당되어있는지 등등에 관한 정보가 저장되어있습니다.

$ yum install -y etcd
$ systemctl start etcd

다음으로는 Flanneld의 구성정보를 작성합니다. (두 서버 모두)

$ vim flannel-config-vxlan.json

    {
        "Network": "10.172.29.0/16",
        "SubnetLen": 24,
        "Backend": {
            "Type": "vxlan",
            "VNI": 1
        }
    }

이 파일을 etcd에 집어 넣습니다.

$ etcdctl set /atomic.io/network/config < flannel-config-vxlan.json

확인은 다음과 같이 진행합니다.

$ etcdctl get /atomic.io/network/config

이전에 삽입했던 json파일과 동일한 내용이 나온다면 제대로 들어간게 맞습니다.

etcd가 정상적으로 작동하고 있는지 확인은 다음과 같이 진행합니다.

$ hotname
$ curl -L http://{hostname}:2379/v2/keys/atomic.io/network/config

#결과
{"action":"get","node": {"key":"/atomic.io/network/config","value":"{\n   \"Network\": \"10.172.29.0/16\",\n    \"SubnetLen\": 24,\n    \"Backend\": {\n       \"Type\": \"vxlan\",\n       \"VNI\": 1\n    }\n}\n","modifiedIndex":4,"createdIndex":4}}

$ etcdctl cluster-health

#결과 
member 8e9e05c52164694d is healthy: got healthy result from http://{hostname의 ip}:2379
cluster is healthy

Flannel 빌드

직접 빌드해서 사용해 보겠습니다.

버전 1.7 이상의 golang을 사용해야 합니다.

golang은 epel안에 있으므로 반드시 추가해주셔야 합니다.

flannel을 빌드하기 위해서는 golang의 설치가 필요합니다.

$ yum install -y golang

환경변수는 알아서 세팅됩니다.
다음으로는, flannel의 repository를 클론받아야 합니다.

#clone받을 폴더를 만들고
$ mkdir -p src/github.com/coreos

#만든 폴더 안에서 클론
$ git clone https://github.com/coreos/flannel.git

빌드를 시작하기 전에, Makefile을 수정해야 하는데, 그 이유는 default로 amd64를 채택하고 있기 때문입니다. Power환경에서는 ppc64le로 빌드를 해야하기 때문에 수정해줍시다!

#flannel폴더 내부에서
$ vim Makefile
#make tar.gz를 할 것이기 때문에, 다른 영역은 건들이지 말고 하단의 속성들만 바꿔줍니다
##
#TAG?=$(shell git describe --tags --dirty)
TAG?=v0.11.0-11-ge4deb05-ppc64le
#ARCH?=amd64
ARCH?=ppc64le
#GO_VERSION=1.8.3
GO_VERSION=1.11.5
...
tar.gz:
#ARCH=amd64 make dist/flanneld-amd64
#tar --transform='flags=r;s|-amd64||' -zcvf dist/flannel-$(TAG)-linux-amd64.tar.gz -C dist flanneld-amd64 mk-docker-opts.sh ../README.md
#tar -tvf dist/flannel-$(TAG)-linux-amd64.tar.gz
#ARCH=amd64 make dist/flanneld.exe
#tar --transform='flags=r;s|-amd64||' -zcvf dist/flannel-$(TAG)-windows-amd64.tar.gz -C dist flanneld.exe mk-docker-opts.sh ../README.md
#tar -tvf dist/flannel-$(TAG)-windows-amd64.tar.gz
ARCH=ppc64le make dist/flanneld-ppc64le
tar --transform='flags=r;s|-ppc64le||' -zcvf dist/flannel-$(TAG)-linux-ppc64le.tar.gz -C dist flanneld-ppc64le mk-docker-opts.sh ../README.md
tar -tvf dist/flannel-$(TAG)-linux-ppc64le.tar.gz
#ARCH=arm make dist/flanneld-arm
#tar --transform='flags=r;s|-arm||' -zcvf dist/flannel-$(TAG)-linux-arm.tar.gz -C dist flanneld-arm mk-docker-opts.sh ../README.md
#tar -tvf dist/flannel-$(TAG)-linux-arm.tar.gz
#ARCH=arm64 make dist/flanneld-arm64
#tar --transform='flags=r;s|-arm64||' -zcvf dist/flannel-$(TAG)-linux-arm64.tar.gz -C dist flanneld-arm64 mk-docker-opts.sh ../README.md
#tar -tvf dist/flannel-$(TAG)-linux-arm64.tar.gz
#ARCH=s390x make dist/flanneld-s390x
#tar --transform='flags=r;s|-s390x||' -zcvf dist/flannel-$(TAG)-linux-s390x.tar.gz -C dist flanneld-s390x mk-docker-opts.sh ../README.md
#tar -tvf dist/flannel-$(TAG)-linux-s390x.tar.gz
...

Makefile을 다 수정하였다면, tar.gz를 만들어 봅시다.

#Makefile이 있는 폴더 내부에서
$ make tar.gz

#특별히 설정을 지정하지 않았다면, dist폴더 내부에 생성됩니다.
$ ls dist |grep tar
    flannel-v0.11.0-11-ge4deb05-ppc64le-linux-ppc64le.tar.gz

tar파일을 적절한 위치에 풀어놓습니다. 이 문서에서는 예시로 /usr/local/bin에 풀겠습니다.

$ cd /usr/local/bin
$ tar -xvf ~/src/github.com/coreos/flannel/dist/flannel-v0.11.0-11-ge4deb05-ppc64le-linux-ppc64le.tar.gz
    flanneld
    mk-docker-opts.sh
    README.md

docker에 flannel붙이기

flanneld구성에 들어가기 전에 docker 서비스를 멈추고 docker0를 삭제합니다.

docker0은 도커가 처음 실행될 때 생성되는 가상 네트워크 인터페이스 입니다. docker0에서 지정된 서브넷 안에서 도커 컨테이너의 ip가 private로 할당되고 이를 통해 외부와 연결을 할 수 있습니다.
하지만 docker0로는 서로다른 물리적인 호스트 안의 컨테이너끼리의 통신을 할수는 없습니다.
$ systemctl stop docker
$ ip link delete docker0

이제 systemctl에 flanneld서비스를 등록해야 합니다.
다음과 같은 설정 파일을 만들어 줍니다.

$ vim /lib/systemd/system/flanneld.service

#flanneld.service
[Unit]
Description=Flanneld overlay address etcd agent
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
After=etcd.service
Before=docker.service

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=-/etc/default/flanneld
ExecStart=/usr/local/bin/flanneld -etcd-endpoints=${FLANNEL_ETCD} -etcd-prefix=${FLANNEL_ETCD_KEY} $FLANNEL_OPTIONS
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
RequiredBy=docker.service

$ vim /etc/default/flanneld

#flanneld

# Flanneld configuration options
# etcd url location.  Point this to the server where etcd runs
FLANNEL_ETCD="http://{hostname의 ip}:2379"
# etcd config key.  This is the configuration key that flannel queries
# For address range assignment
FLANNEL_ETCD_KEY="/atomic.io/network"
# Any additional options that you want to pass
FLANNEL_OPTIONS="-ip-masq=true"

두개의 파일을 생성하였다면, flanneld의 서비스를 시작합니다.

$ systemctl start flanneld

정상적으로 작동하고 있는지 확인합니다.

#status가 active상태인지 확인
$ systemctl status flanneld

#생성된 flannel의 정보 확인
$ cat /run/flannel/subnet.env
    FLANNEL_NETWORK=10.172.0.0/16
    FLANNEL_SUBNET=10.172.62.1/24
    FLANNEL_MTU=1450
    FLANNEL_IPMASQ=true

$ ifconfig flannel.1
    flannel.1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
        inet 10.172.62.0  netmask 255.255.255.255  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::9878:9dff:fe3a:ea86  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 9a:78:9d:3a:ea:86  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 8 overruns 0  carrier 0  collisions 0

그다음 docker daemon의 설정값을 변경해 줍니다.

#docker service를 중단시키고나서 변경
$ systemctl stop docker

$ vim /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/docker.service
#추가
EnvironmentFile=-/run/flannel/subnet.env

#수정
ExecStart=/usr/bin/dockerd \
        --bip=${FLANNEL_SUBNET} \
        --mtu=${FLANNEL_MTU} \
        --iptables=false \
        --ip-masq=false
        --add-runtime docker-runc=/usr/libexec/docker/docker-runc-current \
        --default-runtime=docker-runc \
        --exec-opt native.cgroupdriver=systemd \
        --userland-proxy-path=/usr/libexec/docker/docker-proxy-current

수정이 완료되었다면, 도커를 재시작합니다.

$ systemctl daemon-reload
$ systemctl start docker

네트워크가 제대로 할당되었는지 확인해봅시다.

$ netstat -rn
    여기 flannel과 docker0이 다 떠야되는데 docker0만뜨고 flannel은 안뜸.... 안붙음...

container끼리 통신해보기

각 서버에서 컨테이너를 띄우고 서로 통신해봅시다!

$ docker run --rm -it ubuntu:16.04 /bin/bash

우분투 컨테이너를 각 호스트에서 띄운뒤, 컨테이너 내부에서 핑을 보내봅시다.

#ping을 보내기위한 사전절차
bash$ apt-get update
bash$ apt-get install net-tools
bash$ apt-get install iputils-ping

#핑
bash$ ping {다른서버의 컨테이너속 eth0 addr}

<성공한사진이 들어올="" 예정=""> ----

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Using Flannel with Docker

1. Overview

2. Prerequisites

3. Flannel?

Docker Network 구조 -bridge mode

서로 다른 호스트에서의 컨테이너 통신

Flannel

4. Configure Flannel

etcd설정

Flannel 빌드

docker에 flannel붙이기

container끼리 통신해보기

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참고

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