小編給大家分享一下Rancher Managed Network的示例分析，希望大家閱讀完這篇文章之后都有所收獲，下面讓我們一起去探討吧！

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IPSec基本概念

這一節(jié)不準備詳細講解IPSec原理，只將一些重要概念點到為止，有興趣的同學(xué)可以下來研究IETF的RFC。我們首先用一張圖來認識IPSec框架：

1. IPSec模式

   1.傳輸模式：適用于兩臺主機之間的數(shù)據(jù)保護。

   2.隧道模式：適用于建立site-2-site的安全VPN隧道。（Rancher Managed網(wǎng)絡(luò)顯然是要為Host上的所有Containers打通一條加密隧道，是使用隧道模式）

2. IPSec安全協(xié)議

   安全協(xié)議包括AH、ESP以及它們的組合AH-ESP，Rancher中使用的是ESP，通過下圖我們可以形象的了解IPSec的模式和安全協(xié)議之間的關(guān)系：另外，有抓過包的同學(xué)會發(fā)現(xiàn)，Rancher的IPSec報文與這里基于Tunnel模式+ESP安全協(xié)議的封包格式有些不同。實際抓到的報文在外層的IP頭部之后，ESP域之前，還包含了一個使用4500端口的UDP頭部。這是NAT-T功能，它的實現(xiàn)機制是首先判斷是否兩端設(shè)備是否都支持NAT-T，然后檢測鏈路上是否存在NAT，一旦兩個條件都滿足就啟動NAT-T，將所有的業(yè)務(wù)報文使用UDP的4500端口進行傳輸。

3. 保障私密性

   IPSec支持使用多種加密算法對傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行加密。通過加密把數(shù)據(jù)從明文變成無法讀懂的密文，從而確保數(shù)據(jù)的私密性。加密算法分為：對稱加密算法（DES/AES/3DES等）與非對稱加密算法（比如RSA）

4. 保障完整性

   通過對數(shù)據(jù)進行HASH運算，產(chǎn)生類似于指紋的數(shù)據(jù)摘要，連同數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)綄Χ?，以確認數(shù)據(jù)未被非法篡改，保障數(shù)據(jù)完整性。常見的HASH算法有MD5/SHA等。

5. 保障真實性

   對稱加密和HASH都要求通信雙方具有相同的密鑰，在雙方之間安全地傳遞密鑰就需要一套密鑰交換算法。通過身份認證可以保證數(shù)據(jù)的真實性，確保數(shù)據(jù)確實是由特定的對端發(fā)出的。常用的身份認證方式包括：Pre-shared key 預(yù)共享密鑰、 RSA Signature 數(shù)字簽名等下圖是隧道模式的ESP封包流程，它反映了如何使用加密算法和驗證算法來生成最終的加密報文。

6. IKE

   另外，IPSec還包括IKE。IKE是一種安全機制，提供端與端之間的動態(tài)認證，為IPsec提供了自動協(xié)商交換密鑰、建立SA的服務(wù)，簡化IPsec的使用、管理（配置和維護）工作。IKE不是在網(wǎng)絡(luò)上直接傳輸密鑰，而是通過一系列數(shù)據(jù)的交換，最終計算出雙方共享的密鑰。有了IKE，IPsec很多參數(shù)（如：密鑰）都可以自動建立，降低了手工配置的復(fù)雜度。IKE使用UDP端口500，通過使用特定的密鑰交換算法進行秘鑰交換。常見的算法有DH和RSA算法。講了這么多理論的東西，現(xiàn)在我們回到Rancher，來看看Rancher的Managed網(wǎng)絡(luò)是如何工作的。

Rancher Managed網(wǎng)絡(luò)原理

通過進入agent-instance容器查看進程信息可以發(fā)現(xiàn)其主要啟動了如下進程：

1.rancher-metadata

2.rancher-DNS

3.rancher-net

4.charon

5.haproxy

6.host-api

rancher-metadata啟動了一個web server，用于響應(yīng)該agent所轄containers的metadata請求。rancher-dns實現(xiàn)了一個監(jiān)聽在IP地址：169.254.169.250上的skydns實例，用于響應(yīng)該agent所轄container的dns請求。haproxy其實是一個負載均衡程序，其自帶對member指定端口的healthcheck，此處主要用它來對配置了healthcheck的容器做健康檢查。host-api在該container內(nèi)用于將haproxy采集到的數(shù)據(jù)上報到cattle。我們重點來分析rancher-net和charon：rancher-net的配置主要基于文件："/var/lib/cattle/etc/cattle/ipsec/config.json">

rancher-net通過啟動charon來往xfrm中下發(fā)配置，從而維護IPSec的鏈路和policy。charon用來實現(xiàn)IKE之間的協(xié)商并下發(fā)rule到xfrm，下一章節(jié)實踐中對IPSec加密方式的修改就要通過調(diào)用charon的接口來實現(xiàn)。rancher-net除了通過charon下發(fā)xfrm state外，還需要配置xfrm policy，這一塊的實現(xiàn)是在rancher-net中直接執(zhí)行“ip xfrm policy add”來實現(xiàn)的。

除此之外，還有一個可以查看strongswan狀態(tài)的命令行接口swanctl：

在IPSec之外，rancher-net還需要監(jiān)聽所有的ARP請求，并響應(yīng)那些目標(biāo)IP地址通過IPSec tunnel可達，但又不在本Host的ARP請求。綜上，rancher-net的功能包含：監(jiān)聽8111端口，響應(yīng)reload和ping的HTT請求。當(dāng)有reload請求時，讀取配置文件，將到達配置文件中所有IP的路徑都校驗一遍：

a.如果有新加主機，添加ipsec隧道；

b.如果有新加container，但是已經(jīng)存在IPSec，更新xfrm policy；

c.如果有刪除執(zhí)行相反操作。

監(jiān)聽eth0上的ARP請求，響應(yīng)需要到達IPSec對端IP的ARP請求。整個IPSec隧道的拓撲如下所示：

Managed網(wǎng)絡(luò)實踐

說了這么多，各位都已經(jīng)蒙圈了吧。話不多少，修改代碼環(huán)節(jié)隆重上場。代碼的修改相對簡單，只需要將proposals的第一個加密方式改為null。如：“null-sha1-modp2048” 代表：

1.使用對稱加密方式為null（不加密）；

2.使用sha1的HASH算法；

3.使用modp2048的非對稱加密算法進行秘鑰交換。

然后使用Dockerfile.dapper重新編譯代碼，確保沒有編譯錯誤。我們知道，所有agent上的包均是啟動時從cattle拉下來的；因此，通過更新docker image的方式來替換rancher-net是沒有用的。為了做測試，我們先直接將編譯出來的rancher-net可執(zhí)行文件通過docker cp替換掉agent-instance中的rancher-net。

替換并運行，發(fā)現(xiàn)charon協(xié)商IKE無法成功，提示“ENCRYPTION_ALGORITHM NULL (key size 20) not supported!”。 這是因為我們將加密算法置為了NULL，系統(tǒng)中的charon不支持。

查詢官網(wǎng)發(fā)現(xiàn)NULL需要IKE中openssl的支持，有可能是rancher在編譯charon的時候沒有指定編譯openssl plugin所致：

修改方法是charon編譯的時候指定參數(shù)--enable-openssl 見：

[https://lists.strongswan.org/pipermail/dev/2011-February/000253.html]

分析代碼發(fā)現(xiàn)agent-instance在初始化的時候是通過安裝“rancher/strongswan-package”生成的包來得到charon的。因此，

轉(zhuǎn)到rancher/strongswan-package重新指定./configure --enable-openssl編譯charon。

生成新的可執(zhí)行文件后，先執(zhí)行“ip xfrm state flush” 和 “ip xfrm policy flush”， 然后再重啟rancher-net和charon；如果先不刷掉policy和state會導(dǎo)致新添加的ipsec無法生效。修改之后，環(huán)境如下：

兩個Network Agent容器分別為IPSec的端點，另外，每臺host上各運行有一個Iperf容器用于測試。

通過swanctl --list-algs可以看到，所有支持的加密算法，其中由于我們load了openssl，已經(jīng)能夠支持NULL了。

查看xfrm里的ipsec規(guī)則，encryption已經(jīng)為ciper_null，即不加密。

xfrm里的policy列出了到達對端iperf container的策略，即走IPSec tunnel。

跨主機測試

在兩臺主機上的iperf容器，一個作為iperf服務(wù)端，另一個作為客戶端做帶寬測試。在測試過程中，需要抓包確認是否修改已經(jīng)生效，如下：

可以看到，ESP sequence之后是0X45 0X00的，顯然這是一個RAW的IP header。為了確認這個信息，我們decode出該IP header中的src IP和dst IP，分別為：

0x0A 0X2A 0XF4 0XFA 和0x0A 0x2A 0xB4 0xF9

0x0A 0X2A 0XF4 0XFA = 10.42.224.250

0x0A 0x2A 0xB4 0xF9 = 10.42.180.249

這兩臺IP地址正是我們的iperf服務(wù)端和客戶端容器的IP地址；因此，可以判斷此時報文是沒有經(jīng)過加密的；我們的修改已生效。

更改前

更改后

經(jīng)在兩臺千兆網(wǎng)卡的服務(wù)器上5分鐘iperf測試，使用Rancher原生Managed網(wǎng)絡(luò)的帶寬為600+Mbps，在修改加密方式為NULL之后，iperf測試帶寬提升為800+Mbps。

看完了這篇文章，相信你對“Rancher Managed Network的示例分析”有了一定的了解，如果想了解更多相關(guān)知識，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！

文章名稱：RancherManagedNetwork的示例分析
本文地址：http://jinyejixie.com/article6/iehsig.html

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