1 前置知识
1.1 Cilium 介绍
Cilium 是一款基于 eBPF 技术的 Kubernetes CNI 插件，Cilium 在其官网上对产品的定位为 “eBPF-based Networking, Observability, Security”，致力于为容器工作负载提供基于 eBPF 的网络、可观察性和安全性的一系列解决方案。Cilium 通过使用 eBPF 技术在 Linux 内部动态插入一些控制逻辑，可以在不修改应用程序代码或容器配置的情况下进行应用和更新，从而实现网络、可观察性和安全性相关的功能。
1.2 Cilium BGP 介绍
BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）是一种用于 AS（Autonomous System，自治系统）之间的动态路由协议。BGP 协议提供了丰富灵活的路由控制策略，早期主要用于互联网 AS 之间的互联。随着技术的发展，现在 BGP 协议在数据中心也得到了广泛的应用，现代数据中心网络通常是基于 Spine-Leaf 架构，其中 BGP 可用于传播端点的可达性信息。
Leaf 层由接入交换机组成，这些交换机会对来自服务器的流量进行汇聚并直接连接到 Spine 或网络核心，Spine 交换机以一种全网格拓扑与所有 Leaf 交换机实现互连。
随着 Kubernetes 在企业中的应用越来越多，这些端点有可能是 Kubernetes Pod，为了让 Kubernetes 集群外部的网络能够通过 BGP 协议动态获取到访问的 Pod 的路由，显然 Cilium 应该引入对 BGP 协议的支持。
在 Cilium 最初在 1.10 版本中引入了 BGP，通过为应用分配 LoadBalancer 类型的 Service 并结合 MetalLB，从而向 BGP 邻居宣告路由信息。
然而，随着 IPv6 的使用持续增长，很明显 Cilium 需要 BGP IPv6 功能 -- 包括 Segment Routing v6 (SRv6)。MetalLB 目前通过 FRR 对 IPv6 的支持有限，并且仍处于试验阶段。Cilium 团队评估了各种选项，并决定转向功能更丰富的 GoBGP [1]。
在最新的 Cilium 1.12 版本中，启用对 BGP 的支持只需要设置 --enable-bgp-control-plane=true 参数，并且通过一个新的 CRD CiliumBGPPeeringPolicy 实现更加细粒度和可扩展的配置。
- 使用
nodeSelector参数通过标签选择，可以将相同的 BGP 配置应用于多个节点。 - 当
exportPodCIDR参数设置为 true 时，可以动态地宣告所有 Pod CIDR，无需手动指定需要宣告哪些路由前缀。 neighbors参数用于设置 BGP 邻居信息，通常是集群外部的网络设备。
apiVersion: "cilium.io/v2alpha1"
kind: CiliumBGPPeeringPolicy
metadata:
name: rack0
spec:
nodeSelector:
matchLabels:
rack: rack0
virtualRouters:
- localASN: 65010
exportPodCIDR: true
neighbors:
- peerAddress: "10.0.0.1/32"
peerASN: 65010
1.3 Kind 介绍
Kind [2]（Kubernetes in Docker）是一种使用 Docker 容器作为 Node 节点，运行本地 Kubernetes 集群的工具。我们仅需要安装好 Docker，就可以在几分钟内快速创建一个或多个 Kubernetes 集群。为了方便实验，本文使用 Kind 来搭建 Kubernetes 集群环境。
1.4 Containerlab 介绍
Containerlab[3] 提供了一种简单、轻量的、基于容器的编排网络实验的方案，支持各种容器化网络操作系统，例如：Cisco，Juniper，Nokia，Arista 等等。Containerlab 可以根据用户定义的配置文件，启动容器并在它们之间创建虚拟连接以构建用户定义网络拓扑。
name: sonic01
topology:
nodes:
srl:
kind: srl
image: ghcr.io/nokia/srlinux
sonic:
kind: sonic-vs
image: docker-sonic-vs:2020-11-12
links:
- endpoints: ["srl:e1-1", "sonic:eth1"]
容器的管理接口会连接到名为 clab 的 bridge 类型的 Docker 网络中，业务接口通过配置文件中定义的 links 规则相连。这就好比数据中心中网络管理对应的带外管理（out-of-band）和带内管理（in-band）两种管理模式。
Containerlab 还为我们提供了丰富的实验案例，可以在 Lab examples[4] 中找到。我们甚至可以通过 Containerlab 创建出一个数据中心级别的网络架构(参见 5-stage Clos fabric[5])
2 前提准备
请根据相应的操作系统版本，选择合适的安装方式：
- 安装 Docker: https://docs.docker.com/engine/install/
- 安装 Containerlab: https://containerlab.dev/install/
- 安装 Kind: https://kind.sigs.k8s.io/docs/user/quick-start/#installing-with-a-package-manager
- 安装 Helm: https://helm.sh/docs/intro/install/
本文所用到的配置文件可以在 https://github.com/cr7258/kubernetes-guide/tree/master/containerlab/cilium-bgp 中获取。
3 通过 Kind 启动 Kubernetes 集群
准备一个 Kind 的配置文件，创建一个 4 节点的 Kubernetes 集群。
# cluster.yaml
kind: Cluster
name: clab-bgp-cplane-demo
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
networking:
disableDefaultCNI: true # 禁用默认 CNI
podSubnet: "10.1.0.0/16" # Pod CIDR
nodes:
- role: control-plane # 节点角色
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: InitConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.1.2 # 节点 IP
node-labels: "rack=rack0" # 节点标签
- role: worker
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: JoinConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.2.2
node-labels: "rack=rack0"
- role: worker
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: JoinConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.3.2
node-labels: "rack=rack1"
- role: worker
kubeadmConfigPatches:
- |
kind: JoinConfiguration
nodeRegistration:
kubeletExtraArgs:
node-ip: 10.0.4.2
node-labels: "rack=rack1"
执行以下命令，通过 Kind 创建 Kubernetes 集群。
kind create cluster --config cluster.yaml
查看集群节点状态，由于当前我们尚未安装 CNI 插件，因此节点的状态是 NotReady。
kubectl get node