Flannel이란? (feat. 쿠버네티스, Kubernetes, K8s)

아래 글은 내가 홈서버에 쿠버네티스를 구축하면서 찾아보고 공부한 내용이다

오늘 내용을 두줄로 요약하면 아래와 같다

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두줄 요약

1) Flannel은 쿱네에서 pod간에 통신을 가능하게 만드는 네트워크 담당자이자 CNI

2) pod에게 IP를 주고, ,노드간 VXLAN 터널을 만들어주는 역할

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1. 사전 지식

- 아래 내용을 알고 있으면 이해하기 한결 쉽다

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CNI란?

- Container Network Interface

- 컨테이너가 네트워크에 붙을 수 있도록 표준화된 규칙/플러그인 시스템

- 컨테이너(pod)에 IP를 주고, 통신 규칙을 만들고, pod/Node 간 네트워크를 구성하는 표준 인터페이스

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NIC란?

- Network Interface Card

- 컴퓨터가 외부 네트워크와 데이터를 주고받게 해주는 '네트워크 어댑터'

- 유선 LAN 포트, wifi 수신기 이런거임

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VXLAN이란?

- 쉽게 말하면 서버가 서로 전혀 다른 네트워크에 있어도, 같은 스위치 안에 있는 것처럼 속여주는 기술

- 물리 네트워크 위에 가상의 Layer2 네트워크를 만드는 기술 

- Pod 패킷을 UDP로 캡슐화해서 다른 노드로 보냄

- 포트는 8472 사용 (Flannel 기본)

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2. Flannel이 무엇인가?

출처 : https://github.com/flannel-io/flannel?tab=readme-ov-file

- Flannel은 K8s의 네트워크를 만들어주는 CNI 플러그인이다 (Network Overlay)

- NIC가 노드(서버)마다 달라도 알아서 식별하고 잡아줌

- 가끔 하드 코딩으로 NIC 명을 기록해둘 때가 있는데 이건 노드(서버)의 NIC가 여러 개 일 때 지정해두고자 그렇게 함

(e.g. 꽂혀있는 랜선이 2개 이상일 경우)

 

- 근데 그럴 의도가 아니었는데 하드코딩 해뒀다면 주의해야 함

- 서버마다 NIC가 다른데 이걸 하드코딩으로 적어두면 없는 NIC 찾는다고 에러 뜰 수 있음

https://ratatou2.tistory.com/308#9.%20Flannel%20설정에%20CNI%20이름%20하드코딩%20하면%20안됨-1-9

쿠버네티스(Kubernetes, K8s) 구축 과정에 마주한 에러들

- K8s는 pod간 통신은 모두 가능해야한다는 규칙이 있음

- Pod는 서로 직접 IP로 통신해야 함

- Pod IP는 NAT 없이 그대로 보임

- 다른 노드(서버)에 있는 Pod와도 네트워크 적으로 완전 동등해야 함

- 여기서 문제가 발생!!

- 물리적으로 분리되어있는 리눅스 호스트끼리는 서로 다른 네트워크이다 (그야 당연히 각자 다른 PC니까)

- 근데 사실 pod 생성할 때마다 새로운 IP를 부여해야 함 (그래야 해당 pod에 접근이 가능할테니까)

- 근데 이걸 사람이 어떻게 매번 생성하고 규칙 추가하고... 귀찮고 헷갈려서 못하지

- 이것을 편리하게 하기 위한 것이 바로 CNI인것!!

- 그리고 CNI들 중에서도 단순하고 널리 쓰이는게 Flannel임!!

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3. 그럼 Flannel의 실질적인 역할은?

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1. pod 네트워크를 만든다

- Overlay Network, 네트워크 위에 덧씌우는 가상의 네트워크 / pod끼리의 통신용도

- 각 노드에 고유한 Pod 대역을 준다 

- 서버마다 구분할 수 있게 대역을 떼준다는 의미

- e.g. 

노드 (= 서버)	IP 대역
A노드	10.244.'0'.0/24
B노드	10.244.'1'.0/24
C노드	10.244.'2'.0/24

- 이 덕분에 pod는 서로 다이렉트로 통신이 가능해진다

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2. 서로 다른 노드의 pod 통신을 가능하게 하는 VXLAN 터널링

물리적으로 분리 되어있는 pod끼리 통신 가능하게 해줌

- 노드끼리 서로 다른 서버라서 네트워크도 물리적으로 떨어져있음

- 그래서 원래는 노드1의 pod_a랑 노드2의 pod_b는 통신할 수 없음

- 이를 해결하기 위해 Flannel은 VXLAN 터널을 노드간에 생성해줌

- 이 덕분에 서로 다른 노드에 소속된 pod 끼리도 마치 같은 네트워크안(하나의 서버 안)에 있는 것처럼 통신할 수 있음

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3. pod에게 IP를 부여 (Subnet Manager)

- Flannel은 pod가 생성될 때 아래 세가지를 확인하고 정한다

1. 어느 노드에 필요한 IP 대역에 있는지
2. 남은 대역은 얼마인지 (생성할 수 있는 IP 갯수는 제한이 있으니까)
3. 새 pod에게 어떤 IP를 배정할지 

- 위 세 가지를 하는 것을 Subnet Manager라고 부름!

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4. 노드간 라우팅 정보를 etcd or kube-apiserver에 저장

- 걍 쉽게 말해서 서버간의 네트워크를 저장해둔다는 것

- 저장하는 정보는 아래 세가지

1) 각 노드의 pod CIDR
2) VXLAN의 turnnel 정보
3) pod routing table

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5. iptables or neftables 규칙을 자동 생성

- pod끼리 통신에 필요한 규칙을 자동으로 세팅해준다

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4. 정리하면

- Flannel이 없으면, 사실상 K8s는 동작 불가 (정확히는 CNI가 없으면 K8s는 동작 불가이다, Flannel은 CNI 중 하나)

- K8s는 '컨테이너 오케스트레이션'을 하는 것이지 통신 담당이 아니기 때문

- 비유하자면 Flannel은 K8s의 통신담당관이다

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번외

또 다른 CNI들?

이름	장점
Flannel	가장 단순, 안정적, 설치 쉬움 (홈서버에 추천되는 이유)
Calico	네트워크 정책/보안 정책 지원
Cilium	eBPF 기반, 고성능, 차세대 CNI
WeaveNet	설치 쉬움, 소규모 환경에서 인기