Nomad 系列-Nomad+Traefik+Tailscale 集成实现零信任安全

系列文章

概述

终于到了令人启动的环节了：Nomad+Traefik+Tailscale 集成实现零信任安全。

在这里：

Nomad 负责容器调度；（容器编排工具）
Traefik 负责入口流量；(Ingress 工具）
Tailscale 实现跨地域联通，4 层加密以及提供 HTTPS 证书。

Traefik 简介

Traefik 是一个现代的 HTTP 反向代理和负载均衡器，使部署微服务变得容易。

Traefik 可以与现有的多种基础设施组件（Docker、Swarm 模式、Kubernetes、Marathon、Consul、Etcd、Rancher、Amazon ECS、Nomad…）集成，并自动和动态地配置自己。

Traefik 与 Nomad Native Service 集成

2023 年 5 月初，Hashicorp 发布了 Nomad 1.3 版本。在此版本之前，当与 Nomad 一起使用服务发现时，Traefik Proxy 用户必须同时使用 Hashicorp Consul 和 Nomad，以便从 Traefik Proxy 著名的自动配置中获益。现在，Nomad 有了一种简单直接的方法来使用内置的服务发现。这大大提高了直接可用性！不仅在简单的测试环境中，而且在边缘环境中。

Traefik 与 Tailscale 集成

从 Traefik Proxy 3.0 Beta 1 发布开始，Traefik Proxy 支持 Tailscale。当 Traefik 收到对 *.ts.net 站点的 HTTPS 请求时，它会从机器的本地 Tailscale 守护进程（实际是 Tailscale 的 socket) 获取 HTTPS 证书。并且证书不需要配置。

Traefik 小结

在这次集成中，我们使用 Traefik 作为 Nomad 集群中工作负载的 HTTP 反向代理和负载均衡，并通过 Nomad Native Service 和 Nomad 集成，通过 Traefik Resolver 与 Tailscale 集成。

Tailscale 简介

Tailscale 是一种 V(irtual)P(rivate)N(etwork) 服务，可以让您在世界任何地方安全、轻松地访问您拥有的设备和应用程序。它使用开源 WireGuard 协议实现加密的点对点连接，这意味着只有您的专用网络上的设备才能相互通信。

Tailscale 快速可靠。与传统的 V(irtual)P(rivate)N(etwork) 不同，传统的通过中央网关服务器隧道传输所有网络流量，Tailscale 则是创建了一个对等 full-mesh 网状网络（称为 tailnet）.

Tailscale 提供了一系列的额外实用功能，如：

MagicDNS: 使用短主机名作为域名直接访问设备。如：http://raspberry 或 http://raspberry.west-beta.ts.net
HTTPS 证书: 允许用户为其设备提供 TLS 证书。如上面的：raspberry.west-beta.ts.net 提供授信证书。可以通过 https://raspberry.west-beta.ts.net 访问且浏览器显示安全的绿锁🔒标志。

默认情况下，Tailscale 节点之间的 (4 层）连接通过端到端加密来保护。然而，浏览器，Web API 和 Visual Studio Code 等产品并不知道这一点，并且可以根据以下事实警告用户或禁用功能：到您的尾网服务的 HTTP URL 看起来未加密，因为它们没有使用 TLS 证书。

而 Tailscale 在启用了：

后，便可以为每台 Tailscale 机器自动或手动生成证书。证书对应的域名如下：

Tailscale HTTPS Cert

在这次集成中，我们使用 Tailscale 实现跨地域联通，4 层加密以及提供 HTTPS 证书。跨地域联通需要在 Nomad 上进行相关设置；4 层加密为默认提供的；HTTPS 证书则需要分别在 Nomad 以及 Traefik 上进行相关设置。

Nomad+Traefik+Tailscale 集成具体方案

Tailscale 在多个相同或不同区域 Linux Node 上通过软件源安装；通过 systemd 启动；
Nomad 安装在这些 Linux Node 上，并指定网卡为 Tailscale 对应网卡 - tailscale0
Traefik 以 system 类型 job 的方式在 Nomad 上通过 Docker 运行。并与 Tailscale 和 Nomad 集成。

Nomad+Traefik+Tailscale 集成实施步骤

前提

多台（最好在不同区域）的 Linux Node（本例中是 Ubuntu Node)
这些 Linux Node 最好 Hostname 各不相同
Nomad 前提：
- Docker 已安装
- Nomad 已安装（版本≥1.3, 越新越好）
- Nomad 集群已创建并运行（至少包括 1 个 Server 和 1 个 Client）
Tailscale 前提：
- 已创建 Tailscale 账号
- Tailscale 版本大于等于 1.14（越新越好）
- MagicDNS 功能已启用
- HTTPS 证书功能已启用
Traefik 前提：
- Traefik Proxy 版本 ≥ 3.0 Beta 1

安装并运行 Tailscale

在每台机器上，运行以下命令安装：

curl -fsSL https://tailscale.com/install.sh | sh

更多安装方式，请参见：Traefik Nomad Service Discovery Routing - Traefik

这里不做详细介绍。

sudo tailscale up

并登录 Tailscale.

Nomad Client 配置调整

Nomad Client 需要进行如下配置调整，以方便后续和 Tailscale 及 Traefik 集成：

配置 Tailscale Socket 作为 Nomad Host Volume（供 Docker 中的 Traefik 和 Tailscale 通信）
配置网卡为 tailscale0, 使用 Tailscale 网络进行东西向通信。

修改 /etc/nomad.d/nomoad.hcl 的 client 块配置，具体配置如下：

data_dir  = "/opt/nomad/data"
bind_addr = "0.0.0.0"

client {
  enabled = true
  servers = ["100.99.99.99"]
  network_interface = "tailscale0"
  host_volume "tailscale-socket" {
    path      = "/run/tailscale/tailscaled.sock"
    read_only = true
  }
}

具体说明如下：

servers = ["100.99.99.99"]: 指定 servers ip 列表为对应的 Servers 的 Tailscale IP 地址。后续该地址都要根据您的实际情况替换为 Nomad Server 的一个地址或所有地址列表。
network_interface = "tailscale0": 指定要强制进行网络指纹识别的接口的名称。在开发模式下运行时，默认为环回接口。不处于开发模式时，将使用连接到默认路由的接口。调度程序在为任务分配端口时从这些指纹 IP 地址中进行选择。这里指定 Nomad 使用 Tailscale 隧道网卡 tailscale0 作为网络指纹识别的接口。
host_volume "tailscale-socket" {: 如前一篇文章所述，配置 Nomad Host Volume
- path = "/run/tailscale/tailscaled.sock": Tailscale Socket Host Path.
- read_only = true: 只读。

运行 Traefik Job

Traefik Job HCL - traefik.hcl 具体如下：

job "traefik" {
  datacenters = ["dc1"]
  type        = "system"

  group "traefik" {

    network {
      port  "http"{
         static = 80
      }
      port "https" {
        static = 443
      }
      port  "admin"{
         static = 8080
      }
    }

    service {
      name = "traefik-http"
      provider = "nomad"
      port = "http"
    }

    service {
      name = "traefik-https"
      provider = "nomad"
      port = "https"
    }

    volume "tailscale-socket" {
      type      = "host"
      read_only = true
      source    = "tailscale-socket"
    }

    task "server" {
      driver = "docker"
      volume_mount {
        volume           = "tailscale-socket"
        destination      = "/var/run/tailscale/tailscaled.sock"
        read_only        = true
      }
      config {
        image = "traefik:v3.0"
        ports = ["admin", "http", "https"]
        args = [
          "--api.dashboard=true",
          "--api.insecure=true", ### For Test only, please do not use that in production
          "--entrypoints.web.address=:${NOMAD_PORT_http}",
          "--entryPoints.websecure.address=:${NOMAD_PORT_https}",  
          "--entrypoints.traefik.address=:${NOMAD_PORT_admin}",
          "--providers.nomad=true",
          "--providers.nomad.endpoint.address=http://100.99.99.99:4646", ### Tailscale IP to your nomad server 
          "--certificatesresolvers.tailscaleresolver.tailscale=true"
        ]
      }
    }
  }
}

详细说明如下：

type = "system": 数据中心和节点池中的每个客户端都获得分配。类似于 K8s 的 Daemonset.
network {} Network 块，这里指定了 3 个静态端口（类似于 K8s 中的 HostSubnet), 即容器内和主机都监听：
- http 端口 80
- https 端口 443
- admin Traefik admin 端口 8080 （因为底层是 Tailscale, 所以其实 HTTP 也是在 4 层透明加密过的）
service {} 2 个 Service 块，都是 Nomad Native Service. 分别是：
- traefik-http 服务：指向 http 端口 - 80
- traefik-https 服务：指向 https 端口 - 443
volume "tailscale-socket" { 通过 Nomad Host Volume 声明 Tailscale Socket
- type = "host": Volume 类型为 Nomad Host Volume
- read_only = true: Volume 级别 read_only 配置
- source: source 指向 Nomad Client 的tailscale-socket, 即：/run/tailscale/tailscaled.sock path
driver = "docker": Traefik 实际在 Docker 中运行
volume_mount {: volume mount 配置：
- destination = "/var/run/tailscale/tailscaled.sock": 将 Tailscale Socket 挂载到容器内 /var/run/tailscale/tailscaled.sock path.
config { docker 配置块。
- image = "traefik:v3.0": 指定 traefik 镜像为：traefik:v3.0
- ports = ["admin", "http", "https"]: 对外暴露的端口为：80, 443, 8080
- args [: traefik 启动参数
  - "--api.dashboard=true": 启动 Traefik Dashboard
  - "--api.insecure=true": 仅供测试使用，请勿在生产环境中使用
  - "--entrypoints.web.address=:${NOMAD_PORT_http}": 指定 Traefik 的 web 端口为：NOMAD_PORT_http 环境变量，即：80. 地址为：:80 （监听全部地址）
  - "--entryPoints.websecure.address=:${NOMAD_PORT_https}": 指定 Traefik 的 websecure 地址为：:443
  - "--entrypoints.traefik.address=:${NOMAD_PORT_admin}": 指定 Traefik 的 traefik 地址为：:8080
  - "--providers.nomad=true": 启用 Traefik 与 Nomad 集成
  - "--providers.nomad.endpoint.address=http://100.99.99.99:4646": 指定 Nomad Server 地址
  - "--certificatesresolvers.tailscaleresolver.tailscale=true": 启用 Traefik 与 Tailscale 集成。创建一个 Traefik Resolver 名为：tailscaleresolver, 且和 Tailscale 集成。

运行该 Job:

nomad run traefik.hcl

则 Traefik 会部署到 Nomad 所有的 Client 上。

至此，我们完成了 Nomad+Traefik+Tailscale 的集成。🎉🎉🎉

验证 Nomad+Traefik+Tailscale 效果

通过 Traefik Dashboard 验证

首先，打开 Traefik Dashboard - http://100.99.99.99, 效果如下：

Traefik 集成 Nomad

从上图可以看到：

Traefik 的版本是 3.0 Beta 1 以上，实际为：3.0.0-beta3
Traefik 监听的端口为：80, 443 和 8080
Traefik 已经和 Nomad 集成，Providers 显示为 Nomad.

创建 Nomad Service 验证

我们基于 HashiCorp Nomad 官方提供的另一个 Demo 程序：HashiCups 来进行配置调整：

git clone https://github.com/hashicorp/learn-nomad-sd.git
cd learn-nomad-sd
git checkout tags/v0.1 -b nomad-hashicups-sd

修改 hashicups.hcl 的以下内容：（内容有省略）

...
job "hashicups" {
  type   = "service"

  ...
  group "nginx" {
    network {
      port "nginx" {
        to = var.nginx_port
      }
    }
    task "nginx" {
      driver = "docker"
      service {
        name = "nginx"
        provider = "nomad"
        port = "nginx"
        tags = [
            "traefik.http.routers.hashicups.rule=Host(`firefly-sub03.west-beta.ts.net`)",
            "traefik.http.routers.hashicups.tls.certResolver=tailscaleresolver"
        ]
      }
      ...
    }
  }
}

具体说明如下：

to = var.nginx_port: 🐾注意，这里要从 static 改为 to, 避免 Host 端口冲突。Host 端口会随机分配一个端口。
service {: service 块，这里 provider = "nomad", Traefik 会通过 Nomad Server API 获取 Nomad Native Service, 并通过 tags 获取具体路由配置。

tags = [
    "traefik.http.routers.hashicups.rule=Host(`firefly-sub03.west-beta.ts.net`)",
    "traefik.http.routers.hashicups.tls.certResolver=tailscaleresolver"
]

这里是 Traefik 的配置风格，Traefik 和 Nomad 集成时，Nomad tags 的配置和 Traefik docker 集成的配置风格是一模一样的。

traefik.http.routers.hashicups.rule=Host(...) 创建hashicups router. 并指定域名，这里我指定了我的一台 Nomad Client Node 的 Tailscale 完整域名：firefly-sub03.west-beta.ts.net. 其中 .west-beta.ts.net 是我的专属域，如果您要配置，请根据从 Tailscale Admin Console 获取到的域自行调整。firefly-sub03 是我的一台 Linux Node 的 hostname, 显然，这台 Node 上安装了：nomad client, tailscale, traefik.
"traefik.http.routers.hashicups.tls.certResolver=tailscaleresolver" 指定该 router 的 HTTP 证书解析方名称为：tailscaleresolver, 即 tailscale.

效果如下：

在 Traefik Dashboard 上展示如下：

Traefik Dashboard - hashicups router
△ 可以看到，通过 http://firefly-sub03.west-beta.ts.net/ 或 https://firefly-sub03.west-beta.ts.net/ 都可以访问到 Nomad 的 nginx service. 并且 TLS 启用，且 Resolver 是tailscaleresolver

Traefik Dashboard - hashicups nginx service
△ 可以看到，Nomad 为 nginx service 自动分配的地址是：http://100.74.143.10:25061 端口是一个随机端口（我这里 Nomad 网络使用 host 模式，而不是 bridge 模式）

直接通过 TS 内网访问 https://firefly-sub03.west-beta.ts.net/ 如下：

HashiCups Demo with https cert

△可以看到，通过域名可以访问到 Hashicups, 并且该域名的 HTTPS 证书也是受信的。

🎉🎉🎉

总结

本文我们通过 Nomad+Traefik+Tailscale 集成实现零信任安全。