이 글은 Mumshad Mannambeth가 강의한 Udemy의 Certified Kubernetes Administrator (CKA) with Practice Tests 강의 커리큘럼을 토대로 공부한 내용을 정리하였음을 밝힙니다.
이전 글들에서 파드 간에 네트워크 연결이 될 수 있도록 많은 개념들을 정리했지만, 사실 파드들끼리 직접적으로 연결되도록 설정할 일은 많이 없고, 그대신 서비스(서비스)를 이용해야 한다.
Recap: 서비스
다음과 같이 노드 NODE1, NODE2, NODE3가 있고, 각 노드 안에는 파드(동그라미)들이 존재한다고 하자. 자신이 아닌 다른 파드에서 호스트되는 서비스를 이용하고 싶다면, 반드시 해당 파드의 서비스(그림에서 세모)를 통해 접근해야 한다. 예를 들어, NODE1의 파란색 파드가 주황색 파드에 접근하고자 하면, 반드시 주황색 서비스를 생성하고 이를 통해 접근해야 한다. 이 경우, 주황색 서비스는 별도의 IP(10.99.13.178)가 부여되는 ClusterIP 타입의 서비스이다. 서비스는 클러스터 내에서 모두가 접근할 수 있으므로, 다른 노드에 있는 파드들 또한 주황색 서비스를 통해서 접근할 수 있게 된다.
한편, 보라색 파드는, 가령 웹 애플리케이션과 같이, 클러스터 내부 뿐만 아니라 외부에서도 접근이 되어야 하는 파드라고 해보자. 이 경우, 보라색 서비스 또한 ClusterIP 타입과 유사하게 IP(10.99.13.178)를 가지는 서비스이며, 클러스터 내부에서 모두 보라색 서비스를 거쳐 접근할 수 있다. 다른 점은 클러스터 외부에서 접근할 수 있도록 클러스터 내 모든 노드에서 특정 포트(30080)를 개방하고 있다. 이 경우, 보라색 서비스는 NodePort 타입의 서비스이다.
이번글은 어떻게 서비스가 위와 같이 IP 주소를 할당 받을 수 있으며, 클러스터 내부에서 접근될 수 있는지, 그리고 NodePort 타입의 경우 각 노드에서 어떻게 포트를 통해 외부 사용자가 접근할 수 있는지 등을 간단하게 짚고 간다.
Kubelet과 파드
쿠버네티스의 모든 노드에는 kubelet이 하나씩 존재하며, 각 kubelet은 kube-apiserver와 통신하며 파드를 노드에 생성한다. kubelet이 파드를 생성할 때, 해당 파드의 네트워크를 구성하기 위해 CNI 플러그인을 호출한다.
Kube-proxy와 서비스
kube-proxy는 쿠버네티스에서 서비스를 만들었을 때 Cluster IP나 NodePort로 접근할 수 있게 하는 실제 조작을 수행하는 컴포넌트다.
쿠버네티스의 각 노드에는 kube-proxy 또한 하나씩 존재하며, 각 kube-proxy는 kube-apiserver와 통신하며 서비스를 노드에 생성한다. 파드와는 다르게, 서비스는 cluster-wide한 개념이므로, 특정 노드에 할당되어 생성되지는 않으며, 클러스터 전반에 걸쳐서 존재하는 개념이다.
엄밀하게 말하자면, 서비스는 그 실체가 없다고 볼 수도 있다. 파드와 서비스를 비교했을 때, 파드는 컨테이너 네임스페이스가 별도로 존재하고, IP가 할당된 인터페이스도 있지만, 서비스에는 그런 개념이 없다. 서비스는 단지 가상 객체(virtual object)일 뿐이다.
그렇다면 어떻게 서비스에 IP 주소가 부여되고, 서비스를 통해서 파드에 있는 애플리케이션에 접근할 수 있는 것일까?
우선, 사전에 정의되어 있는 서비스의 IP:Port의 범위(predfined range)들이 있다고 하자. 각 노드에서 실행되고 있는 kube-proxy 컴포넌트는 IP:Port(그림에서 10.99.13.178:80) 정보가 들어오면, 사전에 정의되어 있는 서비스의 IP:Port 범위에 따라 해당 서비스의 IP:Port에 대응되는 클러스터 내 특정 노드의 파드(그림에서 10.244.1.2)로 전달하는 forwarding rule을 정의하여 사용한다.
Forwarding Rule
IP:Port 트래픽이 있을 때, kube-proxy가 특정 노드의 파드로 요청을 전달하기 위한 관리 방법으로는 iptables(default proxy mode), userspace, IPVS가 있다.
참고 문헌
[1] Mumshad Mannambeth의 강의 : Certified Kubernetes Administrator (CKA) with Practice Tests
[2] 시작하세요! 도커/쿠버네티스 (용찬호 지음) : 시작하세요! 도커/쿠버네티스
[3] 김징어 님의 블로그 : [k8s] kube-porxy가 네트워크를 관리하는 3가지 모드(userspace, iptables, IPVS)