Cilium系列-8-绕过 IPTables 连接跟踪

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前言

将 Kubernetes 的 CNI 从其他组件切换为 Cilium, 已经可以有效地提升网络的性能. 但是通过对 Cilium 不同模式的切换/功能的启用, 可以进一步提升 Cilium 的网络性能. 具体调优项包括不限于:

• 启用本地路由(Native Routing)
• 完全替换 KubeProxy
• IP 地址伪装(Masquerading)切换为基于 eBPF 的模式
• Kubernetes NodePort 实现在 DSR(Direct Server Return) 模式下运行
• 绕过 iptables 连接跟踪(Bypass iptables Connection Tracking)
• 主机路由(Host Routing)切换为基于 BPF 的模式 (需要 Linux Kernel >= 5.10)
• 启用 IPv6 BIG TCP (需要 Linux Kernel >= 5.19)
• 禁用 Hubble(但是不建议, 可观察性比一点点的性能提升更重要)
• 修改 MTU 为巨型帧(jumbo frames) (需要网络条件允许)
• 启用带宽管理器(Bandwidth Manager) (需要 Kernel >= 5.1)
• 启用 Pod 的 BBR 拥塞控制 (需要 Kernel >= 5.18)
• 启用 XDP 加速 (需要 支持本地 XDP 驱动程序)
• (高级用户可选)调整 eBPF Map Size
• Linux Kernel 优化和升级
  • CONFIG_PREEMPT_NONE=y
• 其他:
  • tuned network-* profiles, 如: tuned-adm profile network-latency 或 network-throughput
  • CPU 调为性能模式
  • 停止 irqbalance，将网卡中断引脚指向特定 CPU

在网络/网卡设备/OS等条件满足的情况下, 我们尽可能多地启用这些调优选项, 相关优化项会在后续文章逐一更新. 敬请期待.

今天我们来调优 Cilium, 设置绕过 IPTables 连接跟踪以提升网络性能.

测试环境

• Cilium 1.13.4
• K3s v1.26.6+k3s1
• OS
  • 3 台 Ubuntu 23.04 VM, Kernel 6.2, x86

绕过 IPTables 连接跟踪

在无法使用 eBPF 主机路由(Host-Routing)的情况下，网络数据包仍需在主机命名空间中穿越常规网络堆栈，iptables 会增加大量成本。通过禁用所有 Pod 流量的连接跟踪(connection tracking)要求，从而绕过 iptables 连接跟踪器(iptables connection tracker)，可将这种遍历成本降至最低。

需求

• 内核 >= 4.19.57, >= 5.1.16, >= 5.2
• 直接路由(Direct-routing)配置
• 基于 eBPF 的 kube-proxy 替换
• 基于 eBPF 的伪装(masquerading)或无伪装

实施步骤

helm upgrade cilium cilium/cilium --version 1.13.4 \
  --namespace kube-system \
  --reuse-values \
  --set installNoConntrackIptablesRules=true

总结

本文我们调优 Cilium, 设置绕过 IPTables 连接跟踪以提升网络性能.

至此，性能调优已完成：

• ✔️ 启用本地路由 (Native Routing)
• ✔️ 完全替换 KubeProxy
• ✔️ IP 地址伪装 (Masquerading) 切换为基于 eBPF 的模式
• ✔️ Kubernetes NodePort 实现在 DSR(Direct Server Return) 模式下运行
• ✔️ 绕过 iptables 连接跟踪 (Bypass iptables Connection Tracking)
• 主机路由 (Host Routing) 切换为基于 BPF 的模式 (需要 Linux Kernel >= 5.10)
• 启用 IPv6 BIG TCP (需要 Linux Kernel >= 5.19)
• 修改 MTU 为巨型帧 (jumbo frames) （需要网络条件允许）
• 启用带宽管理器 (Bandwidth Manager) (需要 Kernel >= 5.1)
• 启用 Pod 的 BBR 拥塞控制 (需要 Kernel >= 5.18)
• 启用 XDP 加速 （需要 支持本地 XDP 驱动程序）

📚️参考文档

• Bypass iptables Connection Tracking - Tuning Guide — Cilium 1.13.4 documentation

三人行, 必有我师; 知识共享, 天下为公. 本文由东风微鸣技术博客 EWhisper.cn 编写.