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Kubernetes-Netzwerke auf Azure Stack Edge Pro GPU-Geräten

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Wenn Sie die Computerolle konfigurieren, wird auf Ihrem Azure Stack Edge Pro GPU-Gerät ein Kubernetes-Cluster erstellt. Sobald der Kubernetes-Cluster erstellt wurde, können innerhalb des Kubernetes-Clusters Containeranwendungen in Pods bereitgestellt werden. Für die Pods in Ihrem Kubernetes-Cluster werden unterschiedliche Netzwerkfunktionen genutzt.

In diesem Artikel werden die Netzwerkfunktionen in einem Kubernetes-Cluster sowohl allgemein als auch im Kontext Ihres Azure Stack Edge Pro GPU-Geräts beschrieben.

Netzwerkanforderungen

Nachfolgend sehen Sie ein Beispiel einer typischen App mit zwei Ebenen, die im Kubernetes-Cluster bereitgestellt wird.

  • Die App verfügt über ein Webserver-Front-End und eine Datenbankanwendung im Back-End.
  • Jedem Pod ist eine IP-Adresse zugewiesen. Diese IP-Adressen können sich beim Neustart und Failover des Pods jedoch ändern.
  • Jede App umfasst mehrere Pods, und für den Datenverkehr der Podreplikate sollte ein Lastenausgleich implementiert sein.

Kubernetes networking requirements

Für das oben gezeigte Szenario gelten die folgenden Netzwerkanforderungen:

  • Auf die Anwendung mit externem Zugriff muss über einen Namen oder eine IP-Adresse von einem Anwendungsbenutzer außerhalb des Kubernetes-Clusters zugegriffen werden können.
  • Die Anwendungen innerhalb des Kubernetes-Clusters (z. B. die Front-End- und Back-End-Pods) müssen miteinander kommunizieren können.

Um beide Anforderungen zu erfüllen, wird ein Kubernetes-Dienst eingeführt.

Netzwerkdienste

Es gibt zwei Arten von Kubernetes-Diensten:

  • Cluster-IP-Dienst: Sie können sich diesen Dienst als einen konstanten Endpunkt für die Anwendungspods vorstellen. Auf Pods, die mit diesen Diensten verknüpft sind, kann nicht von außerhalb des Kubernetes-Clusters zugegriffen werden. Die für diese Dienste verwendete IP-Adresse stammt aus dem Adressraum im privaten Netzwerk.

    Informationen dazu, wie Sie die Pods im Kubernetes-Cluster für den Zugriff wie andere Pods und nicht als extern verfügbar gemachten Lastenausgleichsdienst verfügbar machen, finden Sie unter Verfügbarmachen des Kubernetes-Diensts als Cluster-IP-Dienst für die interne Kommunikation.

  • Lastenausgleichs-IP: Dieser Dienst ist mit dem Cluster-IP-Dienst vergleichbar, die verknüpfte IP-Adresse stammt jedoch aus dem externen Netzwerk, und es kann von außerhalb des Kubernetes-Clusters darauf zugegriffen werden.

Kubernetes-Netzwerkkonfiguration

Die IP-Adressen, die für Kubernetes-Knoten und die externen Dienste verwendet werden, werden auf der Seite Compute auf der lokalen Benutzeroberfläche des Geräts angegeben.

Kubernetes IP assignment in local UI

Die IP-Adresszuweisung gilt für:

  • Kubernetes-Knoten-IPs: Dieser IP-Bereich wird für Kubernetes-Master- und Workerknoten verwendet. Diese IP-Adressen werden für die Kommunikation zwischen Kubernetes-Knoten verwendet.
  • Kubernetes externe Dienst-IPs: Dieser IP-Bereich wird für externe Dienste (auch als Load Balancer-Dienste bezeichnet) verwendet, die außerhalb des Kubernetes-Clusters verfügbar gemacht werden.

Kubernetes-Netzwerkkomponenten

Zur Bereitstellung der Netzwerkfunktionen auf Ihrem Azure Stack Edge Pro GPU-Gerät werden die Komponenten Calico, Metallb und Core DNS installiert.

  • Calico weist jedem Pod eine IP-Adresse aus einem privaten IP-Adressbereich zu und konfiguriert Netzwerkfunktionen für diese Pods, um die Kommunikation zwischen Pods auf verschiedenen Knoten zu ermöglichen.
  • Metallb wird in einem Pod innerhalb des Clusters ausgeführt und weist Diensten vom Typ load balancer eine IP-Adresse zu. Die IP-Adressen für den Lastenausgleich werden aus dem IP-Adressbereich des Diensts ausgewählt, der über die lokale Benutzeroberfläche angegeben wird.
  • Core DNS: Mit diesem Add-On wird ein Dienst zur Zuordnung von DNS-Einträgen für Cluster-IP-Adressen konfiguriert.

Wenn Sie eine Verbindung mit der PowerShell-Schnittstelle Ihres Geräts herstellen, können Sie die oben genannten Netzwerkkomponenten sehen, die in Ihrem Kubernetes-Cluster ausgeführt werden.

Netzwerkschnittstellen, Switches

Ihr Gerät ist als 1-Knoten-Konfiguration verfügbar, die den Infrastrukturcluster darstellt. Der Kubernetes-Cluster wird separat vom Infrastrukturcluster implementiert und zusätzlich zum Infrastrukturcluster bereitgestellt. Der Kubernetes-Cluster verfügt über einen Masterknoten und einen Workerknoten. Beide Kubernetes-Knoten sind virtuelle Computer, auf denen Ihre Anwendungen und Cloudworkflows ausgeführt werden.

Die Master- und Worker-VMs verfügen jeweils über zwei Netzwerkschnittstellen: eine, die eine Verbindung mit dem internen virtuellen Switch herstellt, und eine andere, die eine Verbindung mit dem externen virtuellen Switch herstellt.

  • Externer virtueller Switch: Dieser Switch wird erstellt, wenn ein Geräteport für Compute über die Seite Compute auf der lokalen Benutzeroberfläche aktiviert wird. Dies ist der Switch, den Sie für Ihre Computeinfrastruktur verwenden. Dieser Switch wird beispielsweise für die virtuellen Computer verwendet, die Sie auf Ihrem Gerät bereitstellen.

  • Interner virtueller Switch: Dieser Switch wird als Teil der werkseitigen Standardeinstellungen auf Ihrem Gerät erstellt. Der interne virtuelle Switch verwendet die Netzwerkadressenübersetzung (Network Address Translation, NAT), um den Datenverkehr über den Port weiterzuleiten, der mit einem Standardgateway konfiguriert ist. Dieser Switch leitet beispielsweise alle IoT-Runtime-Anforderungen von VMs an das Azure-Portal weiter.

Netzwerkrouten

Für die Kubernetes-VMs auf Ihrem Gerät können Sie den Datenverkehr durch Hinzufügen einer neuen Routenkonfiguration weiterleiten. Eine Routenkonfiguration ist ein Routingtabelleneintrag, der die folgenden Felder enthält:

Parameter Beschreibung
Destination Entweder eine IP-Adresse oder ein IP-Adresspräfix.
Präfixlänge Die Präfixlänge, die der Adresse oder dem Adressbereich im Ziel entspricht.
Nächster Hop Die IP-Adresse, an die das Paket weitergeleitet wird.
Schnittstelle Die Netzwerkschnittstelle, über die das IP-Paket weitergeleitet wird.
Metrik Die Routingmetrik bestimmt die bevorzugte Netzwerkschnittstelle, die zum Erreichen des Ziels verwendet wird.

Ändern des Routings im Computenetzwerk

Verwenden Sie das Cmdlet Add-HcsNetRoute, um das Routing auf den Kubernetes-Worker- und Master-VMs zu ändern. Sehen Sie sich das Layout im folgenden Diagramm an.

Azure Stack Edge networking diagram

  • Port 2 ist mit dem Internet verbunden und der gewünschte Pfad für ausgehenden Datenverkehr.
  • Sie haben Compute an Port 3 aktiviert und dadurch einen externen virtuellen Switch auf dieser Netzwerkschnittstelle erstellt.
  • Port 3 ist mit einem privaten Netzwerk verbunden, das über Kameras und andere Sensoren verfügt, die Rohdaten zur Verarbeitung an das Azure Stack Edge-Gerät übertragen.

Wenn ein Gateway in Ihrer Umgebung im privaten Netzwerk konfiguriert ist, sollten Sie benutzerdefinierte Routen für die Kubernetes-Master- und Worker-VMs festlegen, damit sie nur für den relevanten Datenverkehr mit Ihrem Gateway kommunizieren können. Dadurch haben Sie die Kontrolle über den Datenverkehr, der über das Computenetzwerk übertragen wird, im Gegensatz zu den anderen Ports, die Sie möglicherweise auf Ihrem Azure Stack Edge-Gerät konfiguriert haben. Angenommen, der gesamte andere Internetdatenverkehr soll über die anderen physischen Ports auf Ihrem Gerät übertragen werden. In diesem Fall kann der Internetdatenverkehr über Port 2 übertragen werden.

Sie sollten auch die folgenden Überlegungen berücksichtigen:

  • Wenn Sie über ein flaches Subnetz verfügen, müssen Sie diese Routen nicht zum privaten Netzwerk hinzufügen. Sie können diese Routen (optional) hinzufügen, wenn sich in Ihrem privaten Netzwerk mehrere Subnetze befinden.
  • Sie können diese Routen nur den Kubernetes-Master- und Worker-VMs und nicht dem Gerät (Windows-Host) hinzufügen.
  • Die Kubernetes-Computefunktion muss erst konfiguriert werden, wenn Sie diese Route hinzufügen. Sie können Routen auch hinzufügen oder aktualisieren, nachdem die Kubernetes-Computefunktion konfiguriert wurde.
  • Sie können eine neue Routenkonfiguration nur über die PowerShell-Schnittstelle des Geräts und nicht über die lokale Benutzeroberfläche hinzufügen.
  • Stellen Sie sicher, dass die von Ihnen verwendete Netzwerkschnittstelle eine statische Konfiguration aufweist.

Hinzufügen einer Routenkonfiguration

Um dem privaten Netzwerk eine neue benutzerdefinierte Route hinzuzufügen, verwenden Sie das Cmdlet wie folgt:

Add-HcsNetRoute -InterfaceAlias <Port number> -DestinationPrefix <Destination IP address or IP address prefix> -NextHop <IP address of next hop> -RouteMetric <Route metric number>

Hier sehen Sie eine Beispielausgabe.

Add-HcsNetRoute -InterfaceAlias "Port3" -DestinationPrefix "192.168.20.0/24" -NextHop "192.168.20.1" -RouteMetric 100

Der obige Befehl erstellt einen Eintrag in der Routing-Tabelle, der ein Ziel-Subnetz 192.168.20.0/24 definiert, den nächsten Hop als 192.168.20.1 angibt und diesem Routing-Eintrag eine Routing-Metrik von 100 zuweist. Je niedriger die Routingmetrik, desto höher ist die Priorität, die der Route zugewiesen ist.

Überprüfen der Routenkonfiguration

Verwenden Sie das folgende Cmdlet, um nach allen benutzerdefinierten Routenkonfigurationen zu suchen, die Sie auf Ihrem Gerät hinzugefügt haben. Diese Routen enthalten nicht alle Systemrouten oder Standardrouten, die bereits auf dem Gerät vorhanden sind.

Get-HcsNetRoute -InterfaceAlias <Port number>

Entfernen einer Routenkonfiguration

Verwenden Sie das folgende Cmdlet, um eine Routenkonfiguration zu entfernen, die Sie auf Ihrem Gerät hinzugefügt haben.

Remove-HcsNetRoute -InterfaceAlias <Port number> -DestinationPrefix <Destination IP or IP prefix>

Routing mit mehreren Netzwerkschnittstellen

Wenn mehrere Geräteports verbunden sind, wird standardmäßiges NIC-Teaming oder Switch Embedded Teaming (SET), mit dem Sie mehrere physische Netzwerkadapter zu einem einzigen virtuellen Netzwerkadapter in einer Hyper-V-Umgebung zusammenfassen können, nicht unterstützt.

Nächste Schritte

Lesen Sie die folgenden Artikel, um Informationen zum Konfigurieren der Kubernetes-Netzwerkfunktionen auf Ihrem Azure Stack Edge Pro GPU-Gerät zu erhalten: