32장. MetalLB로 로드 밸런싱

MetalLB를 사용하는 것은 베어 메탈 클러스터 또는 베어 메탈과 같은 인프라가 있는 경우 중요하며, 외부 IP 주소를 통해 애플리케이션에 내결함성 액세스를 원할 때 중요합니다.

외부 IP 주소의 네트워크 트래픽이 클라이언트에서 클러스터의 호스트 네트워크로 라우팅되도록 네트워킹 인프라를 구성해야 합니다.

MetalLB Operator를 사용하여 MetalLB를 배포한 후 LoadBalancer 유형의 서비스를 추가하면 MetalLB는 플랫폼 네이티브 로드 밸런서를 제공합니다.

layer2 모드에서 operations in layer2 mode는 IP 페일오버와 유사한 메커니즘을 사용하여 장애 조치(failover)를 지원합니다. 그러나 VRRP(가상 라우터 중복 프로토콜) 및 keepalived를 사용하는 대신 gossip 기반 프로토콜을 활용하여 노드 실패 인스턴스를 식별합니다. 페일오버가 감지되면 다른 노드에서 리더 노드의 역할을 가정하고, 비정상적인 ARP 메시지가 전송되어 이 변경 사항을 브로드캐스트합니다.

layer3 또는 BGP(Border Gateway Protocol) 모드에서 작동하는 CloudEvent 모드는 실패 감지를 네트워크에 위임합니다. OpenShift Container Platform 노드가 연결된 BGP 라우터 또는 라우터는 노드 오류를 식별하고 해당 노드에 대한 경로를 종료합니다.

Pod 및 서비스의 고가용성을 보장하는 데 IP 페일오버 대신 CloudEvent를 사용하는 것이 좋습니다.

MetalLB Operator는 다음 사용자 정의 리소스의 자체 네임스페이스를 모니터링합니다.

MetalLB 사용자 정의 리소스를 클러스터에 추가하고 Operator가 MetalLB를 배포하면 컨트롤러 및 발표자 MetalLB 소프트웨어 구성 요소가 실행되기 시작합니다.

MetalLB는 모든 관련 사용자 정의 리소스의 유효성을 검사합니다.

MetalLB Operator를 설치하면 metallb-operator-controller-manager 배포가 Pod를 시작합니다. Pod는 Operator의 구현입니다. Pod는 모든 관련 리소스에 대한 변경 사항을 모니터링합니다.

Operator가 MetalLB 인스턴스를 시작하면 컨트롤러 배포와 speaker 데몬 세트를 시작합니다.

BGP(Border Gateway Protocol) 모드의 경우 컨트롤러가 서비스에 IP 주소를 할당한 후 각 발표자 Pod는 로드 밸런서 IP 주소를 BGP 피어로 알립니다. BGP 피어와 BGP 세션을 시작하는 노드를 구성할 수 있습니다.

로드 밸런서 IP 주소에 대한 요청은 IP 주소를 발표한 발표자 로 노드로 라우팅됩니다. 노드가 패킷을 수신하면 서비스 프록시가 패킷을 서비스의 엔드포인트로 라우팅합니다. 최적의 경우 엔드포인트가 동일한 노드에 있거나 다른 노드에 있을 수 있습니다. 서비스 프록시는 연결이 설정될 때마다 엔드포인트를 선택합니다.

계층 2 모드에서는 클러스터의 한 노드에서 서비스 IP 주소에 대한 모든 트래픽을 수신합니다. BGP 모드를 사용하면 호스트 네트워크의 라우터가 새 클라이언트 연결을 위해 클러스터의 노드 중 하나에 대한 연결을 엽니다. 노드가 입력된 후 클러스터에서 트래픽을 처리하는 방법은 외부 트래픽 정책의 영향을 받습니다.

계층 2 모드에서 한 노드의 발표자 Pod는 호스트 네트워크에 대한 서비스의 외부 IP 주소를 발표합니다. 네트워크 화면에서 볼 때 노드에는 네트워크 인터페이스에 할당된 여러 IP 주소가 있는 것으로 보입니다.

발표자 Pod는 IPv4 서비스 및 IPv6에 대한 NDP 요청에 대한 ARP 요청에 응답합니다.

계층 2 모드에서는 서비스 IP 주소의 모든 트래픽이 하나의 노드를 통해 라우팅됩니다. 트래픽이 노드에 진입하면 CNI 네트워크 공급자의 서비스 프록시에서 서비스의 모든 Pod에 트래픽을 배포합니다.

서비스의 모든 트래픽이 계층 2 모드에서 단일 노드를 통해 시작되기 때문에 MetalLB는 계층 2에 대한 로드 밸런서를 구현하지 않습니다. 오히려 MetalLB는 계층 2에 대한 장애 조치 메커니즘을 구현하여 발표자 Pod를 사용할 수 없게 되면 다른 노드의 발표자 Pod가 서비스 IP 주소를 발표할 수 있습니다.

노드를 사용할 수 없게 되면 장애 조치가 자동으로 수행됩니다. 다른 노드의 발표자 Pod는 노드를 사용할 수 없다는 것을 감지하고 새 발표자 Pod와 노드는 실패한 노드에서 서비스 IP 주소에 대한 소유권을 갖습니다.

이전 그림에서는 MetalLB와 관련된 다음 개념을 보여줍니다.

BGP 모드에서 기본적으로 각 발표자 Pod는 서비스용 로드 밸런서 IP 주소를 각 BGP 피어에 알립니다. BGP 피어 목록을 추가하여 지정된 풀에서 들어오는 IP를 특정 피어 집합에 알릴 수도 있습니다. BGP 피어는 일반적으로 BGP 프로토콜을 사용하도록 구성된 네트워크 라우터입니다. 라우터에서 로드 밸런서 IP 주소에 대한 트래픽을 수신하면 라우터는 IP 주소를 알리는 발표자 Pod를 사용하여 노드 중 하나를 선택합니다. 라우터가 해당 노드로 트래픽을 전송합니다. 트래픽이 노드에 진입하면 CNI 네트워크 플러그인의 서비스 프록시에서 서비스의 모든 Pod에 트래픽을 배포합니다.

클러스터 노드와 동일한 계층 2 네트워크 세그먼트에서 직접 연결된 라우터를 BGP 피어로 구성할 수 있습니다. 직접 연결된 라우터가 BGP 피어로 구성되지 않은 경우 로드 밸런서 IP 주소의 패킷이 BGP 피어와 발표자 포드를 실행하는 클러스터 노드 간에 라우팅되도록 네트워크를 구성해야 합니다.

라우터가 로드 밸런서 IP 주소에 대한 새 트래픽을 수신할 때마다 노드에 대한 새 연결이 생성됩니다. 각 라우터 제조업체에는 연결을 시작할 노드를 선택하기 위한 구현별 알고리즘이 있습니다. 그러나 일반적으로 알고리즘은 네트워크 로드 밸런싱을 위해 사용 가능한 노드에 트래픽을 분산하도록 설계되었습니다.

노드를 사용할 수 없게 되면 라우터는 로드 밸런서 IP 주소를 알리는 발표 Pod가 있는 다른 노드와 새 연결을 시작합니다.

그림 32.1. BGP 모드 MetalLB 토폴로지 다이어그램

이전 그림에서는 MetalLB와 관련된 다음 개념을 보여줍니다.