Cilium 系列-7-Cilium 的 NodePort 实现从 SNAT 改为 DSR
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前言
将 Kubernetes 的 CNI 从其他组件切换为 Cilium, 已经可以有效地提升网络的性能。但是通过对 Cilium 不同模式的切换/功能的启用，可以进一步提升 Cilium 的网络性能。具体调优项包括不限于：
[*]启用本地路由 (Native Routing)
[*]完全替换 KubeProxy
[*]IP 地址伪装 (Masquerading) 切换为基于 eBPF 的模式
[*]Kubernetes NodePort 实现在 DSR(Direct Server Return) 模式下运行
[*]绕过 iptables 连接跟踪 (Bypass iptables Connection Tracking)
[*]主机路由 (Host Routing) 切换为基于 BPF 的模式 （需要 Linux Kernel >= 5.10）
[*]启用 IPv6 BIG TCP （需要 Linux Kernel >= 5.19）
[*]禁用 Hubble（但是不建议，可观察性比一点点的性能提升更重要）
[*]修改 MTU 为巨型帧 (jumbo frames) （需要网络条件允许）
[*]启用带宽管理器 (Bandwidth Manager) （需要 Kernel >= 5.1）
[*]启用 Pod 的 BBR 拥塞控制 （需要 Kernel >= 5.18）
[*]启用 XDP 加速 （需要 支持本地 XDP 驱动程序）
[*]（高级用户可选）调整 eBPF Map Size
[*]Linux Kernel 优化和升级
[*]CONFIG_PREEMPT_NONE=y
[*]其他：
[*]tuned network-* profiles, 如：tuned-adm profile network-latency 或 network-throughput
[*]CPU 调为性能模式
[*]停止 irqbalance，将网卡中断引脚指向特定 CPU
在网络/网卡设备/OS 等条件满足的情况下，我们尽可能多地启用这些调优选项，相关优化项会在后续文章逐一更新。敬请期待。
今天我们来将 Cilium 的 NodePort 实现从 SNAT 改为 DSR 以提升网络性能。
测试环境
[*]Cilium 1.13.4
[*]K3s v1.26.6+k3s1
[*]OS
[*]3 台 Ubuntu 23.04 VM, Kernel 6.2, x86
Direct Server Return (DSR)
默认情况下，Cilium 的 eBPF NodePort 实现以 SNAT 模式运行。也就是说，当节点外部流量到达时，如果节点确定负载平衡器、NodePort 或具有外部 IP 的服务的后端位于远程节点，那么节点就会通过执行 SNAT 将请求重定向到代表自己的远程后端。这不需要额外更改 MTU。代价是，来自后端的回复需要额外跳回节点，在那里执行反向 SNAT 转换，然后再将数据包直接返回给外部客户端。
示例如下，Cilium 的 eBPF NodePort 实现以 SNAT 模式运行：
$ kubectl -n kube-system exec ds/cilium -- cilium status --verbose
...
KubeProxyReplacement Details:
Status: Strict
Socket LB: Enabled
Socket LB Tracing: Enabled
Socket LB Coverage: Full
Devices: eth0 192.168.2.3 (Direct Routing)
Mode: SNATSNAT 模式下，NodePort 后端 pod 在其他节点入向流量：
https://img2023.cnblogs.com/other/3034537/202307/3034537-20230729125300734-911267236.png
出向流量：
https://img2023.cnblogs.com/other/3034537/202307/3034537-20230729125301118-964381287.png
该设置可通过 loadBalancer.mode Helm 选项更改为 dsr，以便让 Cilium 的 eBPF NodePort 实现在 DSR 模式下运行。在这种模式下，后端直接回复外部客户端，而不需要额外的跳转，也就是说，后端通过使用服务 IP/port 作为源来回复。DSR 目前要求 Cilium 以本地路由模式部署，也就是说，它不能在任何一种隧道模式下工作。
DSR 模式流量如下：
https://img2023.cnblogs.com/other/3034537/202307/3034537-20230729125301328-474169062.png
DSR 模式的另一个优点是保留了客户端的源 IP，因此可以在后端节点对其进行策略匹配。而在 SNAT 模式下则无法做到这一点。鉴于一个特定的后端可被多个服务使用，后端需要知道它们需要回复的服务 IP/端口。
请注意，由于 Cilium 特定的 IP 选项可能会被底层网络结构丢弃，因此 DSR 模式在某些公共云提供商环境中可能无法使用。如果后端位于与处理给定 NodePort 请求的节点相距较远的节点上，在出现服务连接问题时，首先要检查 NodePort 请求是否实际到达了包含后端的节点。如果不是，则建议切换回默认 SNAT 模式作为一种解决方法。
此外，在某些实施源/目标 IP 地址检查的公共云提供商环境中（如 AWS），必须禁用检查才能使用 DSR 模式。
启用 DSR 实施步骤
在启用仅 DSR 模式的无 kube proxy 环境中，上述 Helm 示例配置如下：
helm upgrade cilium cilium/cilium --version 1.13.4 \
--namespace kube-system \
--reuse-values \
--set loadBalancer.mode=dsr<blockquote>
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