Rancher网络使用中遇到的问题
首先，在为某一个stack编写Rancher catalog的时候，假设在docker-compose里指定了ports A:B，那么，cattle在调度的时将首先过滤掉所有已经占用了port A的主机。这也就意味着，假设用户只有4台host作为Rancher agent，但是需要运行5个在外网中占用80端口的服务，这显然是不行的。
另一方面，客户端通过主机的IP地址来访问Stack提供的服务，一旦由于系统异常，或者微服务内部程序崩溃导致Service被重新调度到其他主机，势必导致访问Stack服务IP地址的更改。
为了让客户端不被影响，常见的解决方案是通过使用Rancher提供的external-DNS；如果业务在公网，有像AWS的Router-53之类的解决方案；若是自建数据中心也可以通过使用支持RFC-2136的硬件路由器等来实现DNS条目的及时刷新。
从当前Github代码看External-DNS已经支持下面的Provider了：
但是，通过刷新DNS的方案要么价格昂贵，要么需要自己维护一个Rancher外部的DNS Server，都存在一定缺陷。
那么，有没有一种方式，既能够解决端口冲突，又能够解决stack对外服务IP变更的问题呢？答案就是今天我们的主角：Floating IP！
Floating IP解决方案
上一次Alan为大家分享的「关于在Rancher中使用keepalived」中就有提到VIP的概念，只是keepalived需要在Active+Passive的主机之间周期性发送心跳报文，然后基于优先级来判断将VIP绑定到哪一个host，它解决了服务迁移后访问的目标IP地址变化的问题。
而Floating IP却是从另一个角度来解决问题。熟悉OpenStack的人对Floating IP应该都不会陌生，所谓Floating IP就是为某台虚拟机绑定的一个外网IP地址。绑定之后，无论该虚拟机在OpenStack内被迁移到哪一台hypervisor，外网都可以通过Floating IP来访问到该虚拟机。我们来看Rancher中是怎么引入Floating IP的。首先上一张总体模块框图：
从图上我们可以看到，整个Floating IP的实现，只需要两个模块，或者说两个微服务：Metadata-confd和Network-plugin。至于IPAM为什么不需要重新实现，我们后面会讲到。接下来我们讲一下各个模块功能和作用。
Metadata-confd：
这是一个使用了Rancher managed网络的service，通过managed网络，它按照一定的周期从Agent-Instance上polling metadata信息。采用分布式架构，每一个Metadata-confd只关注属于自己host上的容器。
但是，也并非所有的container都会触发后续行为，只有该host上带有“io.rancher.container.floating.ip” 标签的容器有被新增、删除或更新IP的时候，Metadata-confd才会通过docker client向docker daemon发送操作命令。
需要注意的是，这里的network均是指Floating IP所在的网络。
对于Metadata-confd的实现方式，除了通过通过周期性polling之外，也可以采用支持Rancher backend的confd来生成map文件（包含ip <—> floating ip映射），然后使用confd里面的reload-cmd参数，指定脚本去解析和做后续处理。当然，这种方法存在不少坑，大家可以下来自己研究。
FIP Network Plugin：
FIP Network Plugin是按照CNM的定义来实现的一个libnetwork的remote driver。该service使用host网络，遵照docker deamon发送过来的请求指令，实现网络相关的操作。Network plugin所做的事情，我们可以通过下图来理解：
原生的docker bridge driver创建了docker0网桥，然后将所有的container通过link pair挂到桥上。在network root namespace内，通过NAPT规则将对Host上特定port的访问DNAT到container的内部port。而在Floating IP网络中，FIP network plugin创建了一个新的bridge，然后将label含Floating IP的container连接到该bridge上。
由于使用了与docker0 共享的“default” driver的IPAM，FIP network bridge的IP地址段不会与docker0所在的网段重叠，从而保障container在连接了两个网段后，路由不会冲突。
按照CNM的定义，Docker Network Plugin主要需要实现以下方法：
- create network
- delete network
- create endpoint
- delete endpoint
- join endpoint to network
- leave endpoint from network
而FIP Network Plugin除了要实现基本的功能外，还需要为Floating IP添加以下功能：
- 当收到join endpoint to network请求时，将Floating IP配置到host IP所在的接口上；
- 更新主机的NAT规则，将所有destination IP为FIP的报文DNAT到container的内网IP；
- 当container销毁时，执行反向的操作。
这些修改之后，container其实还无法通过FIP回包，为什么呢？有兴趣的可以研究一下挂载了两个network后container的路由表条目。至于还需要如何配置，大家可以下来自己实验。
演示
现在我们来做一个实验，看看Floating IP的报文转发是如何工作的。
1. 首先在Rancher catalog中选择“Wise2C Floating IP”，从详细页面看，Floating IP这个stack不需要添加任何配置参数：
启动过程中，可以看到：该stack在一个host ”vm-153-5”上启动了两个containers（在每个host上均会被调度）：
2. 服务启动成功后，我们到host里面可以看到已经初始化好的network（其网段是172.18.0.0/16）：
3. 然后我们再通过Rancher创建一个带有标签为“io.rancher.container.floating.ip=192.168.99.200”的container。这里的IP地址就是我们希望为该container绑定的Floating IP：
4. 当container启动成功后，metadata-confd会检测到该label，然后向docker daemon发送请求将该container加入到wise2c network。我们可以进入container查看interface详情来了解到：
上图中接口[email protected]就是接入到wise2c network的接口，其IP地址属于172.18.0.0/16网段。
5. 再来看host上的IP地址和NAT规则
其中enp0s8就是我们host的default gw对应的出口网卡，可以看到floating ip：192.168.99.200已经被添加到上面了。
主机的NAT表：
上图就是我们的network-plugin为Floating IP创建的基于destination IP的DNAT规则，其中br-d62debee292b是FIP network plugin为wise2c network创建的bridge。
下面的DNAT规则是将所有不来自br-d62debee292b，且目标IP地址为192.168.99.200的报文DNAT到172.18.0.2容器。
6. 接下来就是验证网络，在客户机（192.168.99.1）上ping Floating IP：
到wise2c network的bridge上抓包：
可以看到，DNAT规则已经生效。
总结
我们再来整理一下使用场景。
初始化：
- 首先FIP catalog指定在所有运行了Rancher agent的主机上均启动Floating IP service；
- 在服务启动后，Metadata-confd向docker daemon请求创建FIP network，然后开始polling Rancher metadata信息；
一旦发现本机上存在带FIP标签的容器，Metadata-confd就向docker daemon请求将容器接入FIP network；
- 接下来network-plugin从docker daemon收到创建FIP network和将容器接入FIP network的请求后，执行操作。
在这个过程中，Floating IP被添加到host上默认网关对应的网卡，并更新NAT规则，保障外网访问Floating IP的流量被DNAT到容器。
容器迁移：
- 当容器从Host-A迁移到Host-B，Host-A上的docker-daemon会发起将container移出FIP network。network-plugin只需要按照leave endpoint from network的流程，逐一删除NAT规则，并移除host上的Floating IP address。
- 在Host-B上执行的操作除少了初始化时候的创建FIP network外，其他操作流程同“初始化”。
Q & A
Q：其他编排引擎怎么支持？
A：除了通过CNM来实现外，还可以通过外部实现，只需要能够为主机配置IP地址和NAT规则就能够支持的了。只是如果通过CNM实现，对资源的释放可以由docker daemon来触发，不需要完全自主控制。
Q：Metadata-confd poll metadata service的间隔是不是需要很短？否则是不是可能存在旧的host IP还没有移除，新的host已经在尝试添加IP的情况，导致IP冲突？
A：如果采用poll的方式来实现肯定是有一定的时间间隔的缺陷的，如果无法接受，就可以采用支持Rancher backend的confd来实现。
Q：今天讲的FIP在k8s环境下也可以用吗？
A：其实理论上是可用的，但我们还没测试。因为方案只用了docker label, Rancher metadata service 和 docker libnetwork，这些在Rancher 的k8s 环境都是有的。
Q：managed网络还是基于ipsec的隧道网络吗？性能上怎么样呢？
A：是的，基于ipsec，在很多生产环境的实际使用中，没什么性能问题，性能就是和普通VPN 一样。
在Docker本身提供的几种网络基础上提供了一种叫做Managed的网络特性，官方说法如下：The Rancher network uses IPsec tunnelling and encryption for security。
简单理解就是在容器之间构建了一条私有网络，只有容器与容器之间可以访问。
Rancher会为每个容器分配一个 10.42.*.* 的私有网络地址，这个地址只在容器之间是可达的，对外不可见，有点类似一种纯软件上的VPC方式。从路由上可以看出，对于10.42网段的路由是通过docker0接口，docker0的特殊的配置了IP也包含了10.42网段。