第31章 MetalLB を使用した負荷分散

MetalLB の使用は、ベアメタルクラスター、またはベアメタルのようなインフラストラクチャーがある場合や、外部 IP アドレスを使用したアプリケーションへのフォールトトレラントがあるアクセスが必要な場合に役立ちます。

ネットワークインフラストラクチャーを設定し、外部 IP アドレスのネットワークトラフィックがクライアントからクラスターのホストネットワークにルーティングされるようにする必要があります。

MetalLB Operator を使用して MetalLB をデプロイした後、タイプ LoadBalancer のサービスを追加すると、MetalLB はプラットフォームネイティブなロードバランサーを提供します。

レイヤ 2 モードで動作する MetalLB は、IP フェイルオーバーと同様のメカニズムを利用してフェイルオーバーをサポートします。ただし、仮想ルーター冗長プロトコル (VRRP) とキープアライブに依存する代わりに、MetalLB はゴシップベースのプロトコルを利用してノード障害のインスタンスを識別します。フェイルオーバーが検出されると、別のノードがリーダーノードのロールを引き継ぎ、Gratuitous ARP メッセージがディスパッチされて、この変更がブロードキャストされます。

レイヤ 3 またはボーダーゲートウェイプロトコル (BGP) モードで動作する MetalLB は、障害検出をネットワークに委任します。OpenShift Container Platform ノードが接続を確立した BGP ルーターは、ノードの障害を識別し、そのノードへのルートを終了します。

Pod とサービスの高可用性を確保するには、IP フェイルオーバーの代わりに MetalLB を使用することを推奨します。

MetalLB Operator は、次のカスタムリソースについて独自の namespace を監視します。

MetalLB カスタムリソースをクラスターに追加し、Operator が MetalLB をデプロイすると、controller および speaker MetalLB ソフトウェアコンポーネントは実行を開始します。

MetalLB は、関連するすべてのカスタムリソースを検証します。

MetalLB Operator のインストール時に、metallb-operator-controller-manager デプロイメントは Pod を起動します。Pod は Operator の実装です。Pod は、関連するすべてのリソースへの変更を監視します。

Operator が MetalLB のインスタンスを起動すると、controller デプロイメントと speaker のデーモンセットが開始します。

Border Gateway Protocol (BGP) モードの場合、controller がサービスに IP アドレスを割り当てた後に、各 speaker Pod はロードバランサーの IP アドレスを BGP ピアにアドバタイズします。どのノードが BGP ピアとの BGP セッションを開始するかを設定できます。

ロードバランサーの IP アドレスの要求は、IP アドレスを通知する speaker でノードにルーティングされます。ノードがパケットを受信した後に、サービスプロキシーはパケットをサービスのエンドポイントにルーティングします。エンドポイントは、最適なケースでは同じノードに配置することも、別のノードに配置することもできます。サービスプロキシーは、接続が確立されるたびにエンドポイントを選択します。

レイヤー 2 モードでは、クラスター内のノードはサービス IP アドレスのすべてのトラフィックを受信します。BGP モードでは、ホストネットワーク上のルーターが、新しいクライアントが接続を確立できるように、クラスター内のノードの 1 つに接続を開きます。クラスターがノードに入った後にトラフィックを処理する方法は、外部トラフィックポリシーの影響を受けます。

レイヤー 2 モードでは、1 つのノードの speaker Pod が、サービスの外部 IP アドレスをホストネットワークに公開します。ネットワークの観点からは、ノードで複数の IP アドレスがネットワークインターフェイスに割り当てられるように見えます。

speaker Pod は、IPv4 サービスの ARP 要求と IPv6 の NDP 要求に応答します。

レイヤー 2 モードでは、サービス IP アドレスのすべてのトラフィックは 1 つのノードを介してルーティングされます。トラフィックがノードに入ると、CNI ネットワークプロバイダーのサービスプロキシーはトラフィックをサービスのすべての Pod に配信します。

サービスのすべてのトラフィックがレイヤー 2 モードで単一のノードを通過するので、より厳密な意味で、MetalLB はレイヤー 2 のロードバランサーを実装しません。むしろ、MetalLB はレイヤー 2 のフェイルオーバーメカニズムを実装しているため、speaker Pod が利用できなくなったときに、別のノードの speaker Pod がサービス IP アドレスをアナウンスできます。

ノードが使用できなくなると、フェイルオーバーが自動的に行われます。他のノードの speaker Pod は、ノードが使用できないことを検出し、障害が発生したノードから、新しい speaker Pod とノードがサービス IP アドレスの所有権を取得します。

前述のグラフは、MetalLB に関する以下の概念を示しています。

BGP モードでは、デフォルトで各 speaker Pod がサービスのロードバランサー IP アドレスを各 BGP ピアにアドバタイズします。オプションの BGP ピアのリストを追加すると、指定されたプールからの IP を指定されたピアセットにアドバタイズすることもできます。BGP ピアは通常、BGP プロトコルを使用するように設定されたネットワークルーターです。ルーターがロードバランサーの IP アドレスのトラフィックを受信すると、ルーターは IP アドレスをアドバタイズした speaker Pod が含まれるノードの 1 つを選択します。ルーターはトラフィックをそのノードに送信します。トラフィックがノードに入ると、CNI ネットワークプラグインのサービスプロキシーはトラフィックをサービスのすべての Pod に配信します。

クラスターノードと同じレイヤー 2 のネットワークセグメントに直接接続されたルーターは、BGP ピアとして設定できます。直接接続されたルーターが BGP ピアとして設定されていない場合は、ロードバランサーの IP アドレスのパケットが BGP ピアとspeakerPod を実行するクラスターノードの間でルーティングされるようにネットワークを設定する必要があります。

ルーターは、ロードバランサーの IP アドレスの新しいトラフィックを受信するたびに、ノードへの新しい接続を作成します。各ルーターのメーカーには、接続開始ノードを選択する実装固有のアルゴリズムがあります。ただし、アルゴリズムは通常、ネットワーク負荷のバランスをとるために、使用可能なノード間でトラフィックを分散するように設計されています。

ノードが使用できなくなった場合に、ルーターは、ロードバランサーの IP アドレスをアドバタイズするspeaker Pod が含まれる別のノードとの新しい接続を開始します。

図31.1 BGP モードの MetalLB トポロジーの図

前述のグラフは、MetalLB に関する以下の概念を示しています。