追踪链路--使用iptables/ipvs来记录后端pod真实ip

硫辨姥 · 2 小时前

前言

之前使用nginx-ingress-controller来记录后端真实ip，但是有位老哥说了，我没有用nginx-ingress-controller，而是用的原生nginx，这时候又当如何记录后端真实ip的问题呢
环境准备

nginx:

upstream backend_ups {
server backend-service:10000;
}
server {
listen 80;
listen [::]:80;
server_name localhost;
location /test {
proxy_pass http://backend_ups;
}
}

复制代码

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-test
namespace: default
spec:
selector:
matchLabels:
app: nginx-test
template:
metadata:
labels:
app: nginx-test
spec:
containers:
- image: registry.cn-beijing.aliyuncs.com/wilsonchai/nginx:latest
imagePullPolicy: IfNotPresent
name: nginx-test
ports:
- containerPort: 80
protocol: TCP
volumeMounts:
- mountPath: /etc/nginx/conf.d/default.conf
name: nginx-config
subPath: default.conf
- mountPath: /etc/nginx/nginx.conf
name: nginx-base-config
subPath: nginx.conf
volumes:
- configMap:
defaultMode: 420
name: nginx-config
name: nginx-config
- configMap:
defaultMode: 420
name: nginx-base-config
name: nginx-base-config
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-test
namespace: default
spec:
ports:
- port: 80
protocol: TCP
targetPort: 80
selector:
app: nginx-test
type: NodePort

复制代码

backend:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: backend
namespace: default
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: backend
template:
metadata:
labels:
app: backend
spec:
containers:
- image: backend-service:v1
imagePullPolicy: Never
name: backend
ports:
- containerPort: 10000
protocol: TCP
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: backend-service
namespace: default
spec:
ports:
- port: 10000
protocol: TCP
targetPort: 10000
selector:
app: backend
type: ClusterIP

复制代码

部署完毕，检查一下

▶ kubectl get pod -owide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
backend-6d4cdd4c68-mqzgj 1/1 Running 0 6m3s 10.244.0.64 wilson <none> <none>
backend-6d4cdd4c68-qjp9m 1/1 Running 0 6m5s 10.244.0.66 wilson <none> <none>
nginx-test-b9bcf66d7-2phvh 1/1 Running 0 6m20s 10.244.0.67 wilson <none> <none>

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▶ kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
backend-service ClusterIP 10.105.148.194 <none> 10000/TCP 5m
nginx-test NodePort 10.110.71.55 <none> 80:30785/TCP 5m2s

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现在的架构大概是这个样子：

尝试访问一下nginx：

▶ curl 127.0.0.1:30785/test
i am backend in backend-6d4cdd4c68-qjp9m

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已经反向代理到后端，再看看nginx日志

10.244.0.1 - - [04/Dec/2025:07:27:17 +0000] "GET /test HTTP/1.1" 200 10.105.148.194:10000 40 "-" "curl/7.81.0" "-"

复制代码

不出意外的，其中10.105.148.194是backend-service的ip，并非是pod ip
在nginx配置中，upstream的配置是backend-service，使用了k8s的service做了负载均衡，所以在nginx这层无论如何也是拿不到后端pod的ip的
现在需要在真正负载均衡那一层把日志打开，就可以看到转发的real server了

iptables

如果用的是iptables做的转发，那就需要复习一下iptables的转发原理了

当包进入网卡之后，就进入了PREROUTING
其次进入路由，根据目的地址，就分为两个部分：
- 进入本机，走INPUT，随后进入更高层的应用程序处理
- 非本机的包，进入FORWARD，再进入POSTROUTING

规则探索

我们来看看具体的规则：

首先先检查PREROUTING，就发现了k8s添加的链表，KUBE-SERVICES
1. ▶ sudo iptables -L PREROUTING -t nat
2. Chain PREROUTING (policy ACCEPT)
3. target prot opt source destination
4. KUBE-SERVICES all -- anywhere anywhere /* kubernetes service portals */
5. ...
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继续检查KUBE-SERVICES，发现了很多service的规则
1. ▶ sudo iptables -L KUBE-SERVICES -t nat
2. Chain KUBE-SERVICES (2 references)
3. target prot opt source destination
4. KUBE-SVC-W67AXLFK7VEUVN6G tcp -- anywhere 10.110.71.55 /* default/nginx-test cluster IP */
5. KUBE-SVC-EDNDUDH2C75GIR6O tcp -- anywhere 10.98.224.124 /* ingress-nginx/ingress-nginx-controller:https cluster IP */
6. KUBE-SVC-ERIFXISQEP7F7OF4 tcp -- anywhere 10.96.0.10 /* kube-system/kube-dns:dns-tcp cluster IP */
7. KUBE-SVC-JD5MR3NA4I4DYORP tcp -- anywhere 10.96.0.10 /* kube-system/kube-dns:metrics cluster IP */
8. KUBE-SVC-ZZAJ2COS27FT6J6V tcp -- anywhere 10.105.148.194 /* default/backend-service cluster IP */
9. KUBE-SVC-NPX46M4PTMTKRN6Y tcp -- anywhere 10.96.0.1 /* default/kubernetes:https cluster IP */
10. KUBE-SVC-CG5I4G2RS3ZVWGLK tcp -- anywhere 10.98.224.124 /* ingress-nginx/ingress-nginx-controller:http cluster IP */
11. KUBE-SVC-EZYNCFY2F7N6OQA2 tcp -- anywhere 10.101.164.9 /* ingress-nginx/ingress-nginx-controller-admission:https-webhook cluster IP */
12. KUBE-SVC-TCOU7JCQXEZGVUNU udp -- anywhere 10.96.0.10 /* kube-system/kube-dns:dns cluster IP */
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找到目标service：backend-service对应的链规则KUBE-SVC-ZZAJ2COS27FT6J6V，继续检查
1. ▶ sudo iptables -L KUBE-SVC-ZZAJ2COS27FT6J6V -t nat
2. Chain KUBE-SVC-ZZAJ2COS27FT6J6V (1 references)
3. target prot opt source destination
4. KUBE-MARK-MASQ tcp -- !10.244.0.0/16 10.105.148.194 /* default/backend-service cluster IP */
5. KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB all -- anywhere anywhere /* default/backend-service -> 10.244.0.64:10000 */ statistic mode random probability 0.50000000000
6. KUBE-SEP-EZWMSI6QFXP3WRHV all -- anywhere anywhere /* default/backend-service -> 10.244.0.66:10000 */
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这里已经有明显的结论了，有2条链，对应的了两个pod，再深入检查其中一条链，KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB
1. ▶ sudo iptables -L KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB -t nat
2. Chain KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB (1 references)
3. target prot opt source destination
4. KUBE-MARK-MASQ all -- 10.244.0.64 anywhere /* default/backend-service */
5. DNAT tcp -- anywhere anywhere /* default/backend-service */ tcp to:10.244.0.64:10000
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从这里的规则能够知晓，进入KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB，会进行DNAT转换，把目标的ip转换成：10.244.0.64；那同理可知，另外一条链会将目标ip转换成：10.244.0.66。所以我们只需要在这个地方加入日志记录，就可以追踪对端的ip是哪个了
1. sudo iptables -t nat -I KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB 1 -j LOG --log-prefix "backend-service-pod: " --log-level 4
2. sudo iptables -t nat -I KUBE-SEP-EZWMSI6QFXP3WRHV 1 -j LOG --log-prefix "backend-service-pod: " --log-level 4
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来看下整体的效果
1. ▶ sudo iptables -L KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB -t nat
2. Chain KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB (1 references)
3. target prot opt source destination
4. LOG all -- anywhere anywhere LOG level warning prefix "backend-service-pod: "
5. KUBE-MARK-MASQ all -- 10.244.0.64 anywhere /* default/backend-service */
6. DNAT tcp -- anywhere anywhere /* default/backend-service */ tcp to:10.244.0.64:10000
8. wilson.chai-ubuntu [ 17:18:03 ] /usr/src/trojan
9. ▶ sudo iptables -L KUBE-SEP-EZWMSI6QFXP3WRHV -t nat
10. Chain KUBE-SEP-EZWMSI6QFXP3WRHV (1 references)
11. target prot opt source destination
12. LOG all -- anywhere anywhere LOG level warning prefix "backend-service-pod: "
13. KUBE-MARK-MASQ all -- 10.244.0.66 anywhere /* default/backend-service */
14. DNAT tcp -- anywhere anywhere /* default/backend-service */ tcp to:10.244.0.66:10000
复制代码
都已经做了对应的日志记录了，开始测试
- 请求nginx：curl 127.0.0.1:30785/test
- 查看日志
  1. tail -f /var/log/syslog | grep backend-service
  2. Dec 4 17:17:30 wilson kernel: [109258.569426] backend-service-pod: IN=cni0 OUT= PHYSIN=veth1dc60dd3 MAC=76:d8:f3:a1:f8:1b:a2:79:4b:23:58:d8:08:00 SRC=10.244.0.70 DST=10.105.148.194 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=64486 DF PROTO=TCP SPT=51596 DPT=10000 WINDOW=64860 RES=0x00 SYN URGP=0
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什么？！为什么DST依然显示的是10.105.148.194
问题解决

再次查看链规则，在日志记录的时候，还没有做DNAT，所以DST依然是service ip，但是如果将LOG规则写在DNAT之后，那DNAT匹配之后就不会再进入LOG，那依然不能记录
1. ▶ sudo iptables -L KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB -t nat
2. Chain KUBE-SEP-GYMSSX4TMUPRH3OB (1 references)
3. target prot opt source destination
4. LOG all -- anywhere anywhere LOG level warning prefix "backend-service-pod: "
5. KUBE-MARK-MASQ all -- 10.244.0.64 anywhere /* default/backend-service */
6. DNAT tcp -- anywhere anywhere /* default/backend-service */ tcp to:10.244.0.64:10000
复制代码
还是要回到iptables的工作原理，我们的请求先进入PREROUTING链，再进入FORWARD链，最后进入POSTROUTING链，请求进入在PREROUTING中已经进行了DNAT的转换，那其实就可以在后面两个链表中记录日志。这里选择在POSTROUTING中记录日志
1. iptables -t nat -I POSTROUTING -p tcp -d 10.244.0.64 -j LOG --log-prefix "backend-service: "
2. iptables -t nat -I POSTROUTING -p tcp -d 10.244.0.66 -j LOG --log-prefix "backend-service: "
复制代码
1. ▶ sudo iptables -L POSTROUTING -t nat
2. Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
3. target prot opt source destination
4. LOG tcp -- anywhere 10.244.0.66 LOG level warning prefix "backend-service: "
5. LOG tcp -- anywhere 10.244.0.64 LOG level warning prefix "backend-service: "
6. ...
复制代码
在测试一次
1. Dec 4 17:33:23 wilson kernel: [110211.770728] backend-service: IN= OUT=cni0 PHYSIN=veth1dc60dd3 PHYSOUT=vetha515043b SRC=10.244.0.70 DST=10.244.0.64 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=59709 DF PROTO=TCP SPT=33454 DPT=10000 WINDOW=64860 RES=0x00 SYN URGP=0
2. Dec 4 17:33:24 wilson kernel: [110213.141975] backend-service: IN= OUT=cni0 PHYSIN=veth1dc60dd3 PHYSOUT=veth0a8a2dd3 SRC=10.244.0.70 DST=10.244.0.66 LEN=60 TOS=0x00 PREC=0x00 TTL=64 ID=54719 DF PROTO=TCP SPT=33468 DPT=10000 WINDOW=64860 RES=0x00 SYN URGP=0
复制代码

iptables小结

这个测试验证了，用linux的iptables规则，依然可以追踪每一条请求的链路，并且回顾了iptables的工作原理，以及探索了k8s基于iptables的转发规则的原理，但是这里有几个问题

一旦pod的ip变化，那日志规则也要改变，这在pod随时变化的环境中，需要大量精力维护
新增k8s node 节点，依然需要手动添加规则，这也需要大量维护
这个方法涉及到了根本的转发规则，一旦处理不当，错误的增删改，将导致不可预知的风险，甚至集群由此崩溃

所以这种方法是不太能够在生产环境当中使用的
在这里做了详细的分析，只是为了证明我们的思路没错，只要在负载均衡那一层进行日志记录，就能拿到real server
ipvs

ipvs 是内核转发，并不会记录访问日志，但是依然可以使用 iptables的方法来记录，就是在POSTROUTING链上记录日志
如果k8s的转发模式是ipvs，并不意味着只需要用ipvs就可以完成转发工作，它需要ipvs与iptables共同协作才能完成
内置于Linux内核中的核心技术模块，它工作在Netfilter框架的INPUT之前的hook点

当请求的目标ip是ipvs的vip时，ipvs就会接入工作，将数据包“劫持”过来，然后进行规则匹配并修改，比如进行DNAT

TCP 10.105.148.194:10000 rr
-> 10.244.0.73:10000 Masq 1 0 0
-> 10.244.0.74:10000 Masq 1 0 0

复制代码

如果修改后的目标ip就是本机ip，那ipvs就直接交给上层应用程序处理
如果修改后的目标ip不是本机ip，那该数据包会重新进入路由，然后通过FORWARD，POSTROUTING转发出去

小结

本文复习了linux传统的知识点，iptables与ipvs的工作原理，
并且详细讨论了，如果不加任何插件的情况下，使用操作系统自带的追踪方式查看后端真实的pod，但是这些都不适合在生产环境使用，因为它太底层了，日常的操作不应该去操作底层的配置，就算要用，也应该做一些自动化的脚本或者插件封装一次才能使用
在不使用nginx-ingress-controller，或者我想记录服务间转发的真实pod，有没有可以直接使用的插件或者组件帮我们完成这个工作呢，答案肯定是有的，那这就是下一期的内容，敬请期待
联系我

联系我，做深入的交流

至此，本文结束
在下才疏学浅，有撒汤漏水的，请各位不吝赐教...

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