F5实现K8S管理平面的高可用和安全
K8S多个主节点部署旨在以一种没有单一故障点的方式设置Kubernetes及其支持组件。单个master节点的群集很容易产生故障，而多master节点群集使用多个主节点，每个主节点都可以访问相同的工作节点。在单个主集群中，API服务器，控制器管理器等重要组件仅位于单个主节点上，如果失败，则无法创建更多服务，pod等。但是，在多master节点环境中，这些重要组件在多个节点上运行，通常生产...
K8S多个主节点部署旨在以一种没有单一故障点的方式设置Kubernetes及其支持组件。单个master节点的群集很容易产生故障，而多master节点群集使用多个主节点，每个主节点都可以访问相同的工作节点。在单个主集群中，API服务器，控制器管理器等重要组件仅位于单个主节点上，如果失败，则无法创建更多服务，pod等。但是，在多master节点环境中，这些重要组件在多个节点上运行，通常生产环境中建议使用三个master节点。如果任何master节点失效，其他master节点仍能保证群集正常运行。
多主机的优点：
在单个master设置中，主节点管理etcd数据库，API服务器，控制器管理器和调度程序以及工作节点。但是，如果该单个master节点发生故障，则所有工作节点也会发生故障，整个群集将失效。
相比之下，在多主设置中，多主设备可为单个群集提供高可用性并提高网络性能。
多主机设置可防止各种故障模式，从单个工作节点丢失到主节点的etcd服务故障。通过提供冗余，多主集群为最终用户提供高可用性系统。
下面讲介绍通过F5 的LTM和AWAF模块实现k8s集群master节点的高可用和安全防护。
环境介绍：（由于测试PC内存不足，无法安装多个master节点，实验以单个master节点来演示，多节点环境下只需增加pool member即可）
K8S集群：
master node：10.1.1.174
worker node： 10.1.1.175
F5 BIGIP:
VS地址： 10.1.1.100
配置过程介绍：
1. 安装并部署k8s。配置和部署过程不再赘述，大家可参考kubernetes官网步骤。配置完成后通过kubectl cluster-info查看集群状态
k8s@k8s-node1:~$ kubectl cluster-info
Kubernetes master is running at https://10.1.1.174:6443
KubeDNS is running at https://10.1.1.174:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.
2. 配置F5 BIGIP。该过程包括配置Vlan, self ip以及pool和VS。
网络部分配置：
[root@k8s:Active:Standalone] dosl7 # tmsh list net vlan management
net vlan management {
fwd-mode l3
if-index 176
interfaces {
1.1 { }
}
tag 4094
}
[root@k8s:Active:Standalone] dosl7 # tmsh list net self management-ip
net self management-ip {
address 10.1.1.176/24
allow-service {
default
}
traffic-group traffic-group-local-only
vlan management
}
Pool和VS部分配置：
在Pool中增加了k8s master节点的地址，并增加了健康检查实时检测master节点的健康状况。下面例子中使用了简单的ping探测，在实际生产环境中可以通过定制化健康检查模拟发送API请求，确保master节点从服务角度的可用性。增加新的master节点只需对应增加pool member。
[root@k8s:Active:Standalone] dosl7 # tmsh list ltm pool k8s-master
ltm pool k8s-master {
members {
10.1.1.174:sun-sr-https {
address 10.1.1.174
session monitor-enabled
state up
}
}
monitor gateway_icmp
}
VS层面除了配置了基本的负载功能外还基于安全特性增加了AWAF针对API的防护策略以及针对master集群的DDos保护。
[root@k8s:Active:Standalone] dosl7 # tmsh list ltm virtual
ltm virtual k8s-master-vs {
destination 10.1.1.100:sun-sr-https
ip-protocol tcp
mask 255.255.255.255
policies {
asm_auto_l7_policy__k8s-master-vs { }
}
pool k8s-master
profiles {
api_ddos { }
clientssl {
context clientside
}
http { }
k8s_api_protect.app/ASM_k8s_api_protect { }
serverssl {
context serverside
}
tcp { }
websecurity { }
}
security-log-profiles {
local-dos
}
source 0.0.0.0/0
source-address-translation {
type automap
}
translate-address enabled
translate-port enabled
vs-index 11
}
测试过程：
1. 基本负载功能：
通过F5发布的VS实现k8s master节点的访问。使用kubectl命令通过F5 VS查询集群状态，以下命令显示查询成功。
k8s@k8s-node1:~$ kubectl -s https://10.1.1.100:6443 get node --insecure-skip-tls-verify=true
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-node1 Ready master 125d v1.13.1
k8s-node2 NotReady <none> 125d v1.13.1
2. kube-hunter安全扫描：
kube-hunber是aqua发布的开源工具，可以发现Kubernetes集群中的安全问题。
通过kube-hunber对集群进行扫描：
Choose one of the options below:
1. Remote scanning (scans one or more specific IPs or DNS names)
2. Subnet scanning (scans subnets on all local network interfaces)
3. IP range scanning (scans a given IP range)
Your choice: 1
Remotes (separated by a ','): 10.1.1.174
~ Started
~ Discovering Open Kubernetes Services...
Report will be available at:
+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| https://kube-hunter.aquasec.com/report.html?token=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ0aW1lIjoxNTU2NTAzMjg3Ljc0MjM5OCwiZW1haWwiOiJqLnlhbkBmNS5jb20iLCJyIjoiZTJkYzUyNTkifQ.ezrzL-G57mOr1IqMO1YII0o7Duvzx-H9aGnEq9uwc6Y |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|
| Etcd:
| type: open service
| service: Etcd
|_ host: 10.1.1.174:2379
|
| Kubelet API:
| type: open service
| service: Kubelet API
|_ host: 10.1.1.174:10250
|
| API Server:
| type: open service
| service: API Server
|_ host: 10.1.1.174:6443
----------
Nodes
+-------------+------------+
| TYPE | LOCATION |
+-------------+------------+
| Node/Master | 10.1.1.174 |
+-------------+------------+
Detected Services
+-------------+------------------+----------------------+
| SERVICE | LOCATION | DESCRIPTION |
+-------------+------------------+----------------------+
| Kubelet API | 10.1.1.174:10250 | The Kubelet is the |
| | | main component in |
| | | every Node, all pod |
| | | operations goes |
| | | through the kubelet |
+-------------+------------------+----------------------+
| Etcd | 10.1.1.174:2379 | Etcd is a DB that |
| | | stores cluster's |
| | | data, it contains |
| | | configuration and |
| | | current state |
| | | information, and |
| | | might contain |
| | | secrets |
+-------------+------------------+----------------------+
| API Server | 10.1.1.174:6443 | The API server is in |
| | | charge of all |
| | | operations on the |
| | | cluster. |
+-------------+------------------+----------------------+
No vulnerabilities were found
1.13.1版本的master没有发现安全漏洞。对1.10.2版本进行扫描可发现安全漏洞。
经过F5 VS访问则可以屏蔽高风险CVE，告警仅针对与自签发证书。
3. 针对master节点发起SQL注入测试，经过F5 AWAF防护后，请求被拦截。
k8s@k8s-node1:~$ curl -k https://10.1.1.100:6443/api/v1/namespaces/default/services?limit=500' or 1=1 --'
<html><head><title>Request Rejected</title></head><body>The requested URL was rejected. Please consult with your administrator.<br><br>Your support ID is: 2542351585300712947<br><br><a href='javascript:history.back();'>[Go Back]</a></body></html>
BIGIP图形界面中可以看到相应的拦截日志：
4. 通过ab客户端模拟向api server发起DDoS攻击，通过F5 VS上开启的应用层DDoS攻击，可以对攻击进行拦截。
ab -n 1000 -c 10 https://10.1.1.100:6443/api/v1/namespaces/default/services?limit=500
Concurrency Level: 10
Time taken for tests: 30.531 seconds
Complete requests: 1000
Failed requests: 806
总之，通过BIGIP 可以实现k8s集群高可用，同时可以从安全防护角度可以确保k8s的稳定持续交付。
开源、云原生的融合云平台
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