好家伙，hostPort 竟然劫持了我的请求

最近排查了一个 kubernetes 中使用了 hostport 后遇到比较坑的问题，奇怪的知识又增加了。

问题背景

集群环境为 K8s v1.15.9，cni 指定了 flannel-vxlan 跟 portmap, kube-proxy 使用 mode 为 ipvs，集群 3 台 master,同时也是 node，这里以 node-1,node-2,node-3 来表示。

集群中有 2 个 mysql, 部署在两个 ns 下，mysql 本身不是问题重点，这里就不细说，这里以 mysql-A,mysql-B 来表示。

mysql-A 落在 node-1 上，mysql-B 落在 node-2 上， 两个数据库 svc 名跟用户、密码完全不相同

出现诡异的现象这里以一张图来说明会比较清楚一些:

其中绿线的表示访问没有问题，红线表示连接 Mysql-A 提示用户名密码错误

特别诡异的是，当在 Node-2 上通过 svc 访问 Mysql-A 时，输入 Mysql-A 的用户名跟密码提示密码错误，密码确认无疑，但当输入 Mysql-B 的用户名跟密码，居然能够连接上，看了下数据，连上的是 Mysql-B 的数据库，给人的感觉就是请求转到了 Mysql-A, 最后又转到了 Mysql-B，当时让人大跌眼镜

碰到诡异的问题那就排查吧，排查的过程倒是不费什么事，最主要的是要通过这次踩坑机会挖掘一些奇怪的知识出来。

排查过程

既然在 Node-1 上连接 Mysql-A/Mysql-B 都没有问题，那基本可以排查是 Mysql-A 的问题

经实验，在 Node-2 上所有的服务想要连 Mysql-A 时，都有这个问题，但是访问其它的服务又都没有问题，说明要么是 mysql-A 的 3306 这个端口有问题，通过上一步应该排查了 mysql-A 的问题，那问题只能出在 Node-2 上

在 k8s 中像这样的请求转发出现诡异现象，当排除了一些常见的原因之外，最大的嫌疑就是 iptables 了，作者遇到过多次

这次也不例外，虽然当前集群使用的 ipvs， 但还是照例看下 iptables 规则，查看 Node-2 上的 iptables 与 Node-1 的 iptables 比对，结果有蹊跷, 在 Node-2 上发现有以下的规则在其它节点上没有

-A CNI-DN-xxxx -p tcp -m tcp --dport 3306 -j DNAT --to-destination 10.224.0.222:3306
-A CNI-HOSTPORT-DNAT -m comment --comment "dnat name": \"cni0\" id: \"xxxxxxxxxxxxx\"" -j CNI-DN-xxx
-A CNI-HOSTPORT-SNAT -m comment --comment "snat name": \"cni0\" id: \"xxxxxxxxxxxxx\"" -j CNI-SN-xxx
-A CNI-SN-xxx -s 127.0.0.1/32 -d 10.224.0.222/32 -p tcp -m tcp --dport 80 -j MASQUERADE

其中 10.224.0.222 为 Mysql-B 的 pod ip, xxxxxxxxxxxxx 经查实为 Mysql-B 对应的 pause 容器的 id

从上面的规则总结一下就是目的为 3306 端口的请求都会转发到 10.224.0.222 这个地址，即 Mysql-B

看到这里，作者明白了为什么在 Node-2 上去访问 Node-1 上 Mysql-A 的 3306 会提示密码错误而输入 Mysql-B 的密码却可以正常访问

虽然两个 mysql 的 svc 名不一样，但上面的 iptables 只要目的端口是 3306 就转发到 Mysql-B 了，当请求到达 mysql 后，使用正确的用户名密码自然可以登录成功

原因是找到了，但是又引出来了更多的问题?

1. 这几条规则是谁入到 iptables 中的？
2. 怎么解决呢，是不是删掉就可以?

问题复现

同样是 Mysql，为何 Mysql-A 没有呢? 那么比对一下这两个 Mysql 的部署差异

比对发现, 除了用户名密码，ns 不一样外，Mysql-B 部署时使用了 hostPort=3306, 其它的并无异常

难道是因为 hostPort？

作者日常会使用 NodePort，倒却是没怎么在意 hostPort,也就停留在 hostPort 跟 NodePort 的差别在于 NodePort 是所有 Node 上都会开启端口，而 hostPort 只会在运行机器上开启端口，由于 hostPort 使用的也少，也就没太多关注，网上短暂搜了一番，描述的也不是很多，看起来大家也用的不多

那到底是不是因为 hostPort 呢?

Talk is cheap, show me the code

通过实验来验证，这里简单使用了三个 nginx 来说明问题, 其中两个使用了 hostPort，这里特意指定了不同的端口，其它的都完全一样，发布到集群中，yaml 文件如下

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-hostport2
  labels:
    k8s-app: nginx-hostport2
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: nginx-hostport2
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: nginx-hostport2
    spec:
      nodeName: spring-38
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80
              hostPort: 31123

Finally,问题复现:

可以肯定，这些规则就是因为使用了 hostPort 而写入的,但是由谁写入的这个问题还是没有解决?

罪魁祸首

作者开始以为这些 iptables 规则是由 kube-proxy 写入的, 但是查看 kubelet 的源码并未发现上述规则的关键字

再次实验及结合网上的探索，可以得到以下结论:

首先从 kubernetes 的官方发现以下描述:

The CNI networking plugin supports hostPort. You can use the official portmap^[1] plugin offered by the CNI plugin team or use your own plugin with portMapping functionality.

If you want to enable hostPort support, you must specify portMappings capability in your cni-conf-dir. For example:

{
  "name": "k8s-pod-network",
  "cniVersion": "0.3.0",
  "plugins": [
    {
        # ...其它的plugin
    }
    {
      "type": "portmap",
      "capabilities": {"portMappings": true}
    }
  ]
}

参考: https://kubernetes.io/docs/concepts/extend-kubernetes/compute-storage-net/network-plugins/

也就是如果使用了 hostPort， 是由 portmap 这个 cni 提供 portMapping 能力，同时，如果想使用这个能力，在配置文件中一定需要开启 portmap，这个在作者的集群中也开启了，这点对应上了

另外一个比较重要的结论是:

The CNI ‘portmap’ plugin, used to setup HostPorts for CNI, inserts rules at the front of the iptables nat chains; which take precedence over the KUBE- SERVICES chain. Because of this, the HostPort/portmap rule could match incoming traffic even if there were better fitting, more specific service definition rules like NodePorts later in the chain

参考: https://ubuntu.com/security/CVE-2019-9946

翻译过来就是使用 hostPort 后，会在 iptables 的 nat 链中插入相应的规则，而且这些规则是在 KUBE- SERVICES 规则之前插入的，也就是说会优先匹配 hostPort 的规则，我们常用的 NodePort 规则其实是在 KUBE- SERVICES 之中，也排在其后

从 portmap 的源码中果然是可以看到相应的代码

感兴趣的可以的plugins^[2]项目的 meta/portmap/portmap.go 中查看完整的源码

所以，最终是调用 portmap 写入的这些规则.

端口占用

进一步实验发现，hostport 可以通过 iptables 命令查看到， 但是无法在 ipvsadm 中查看到

使用 lsof/netstat 也查看不到这个端口,这是因为 hostport 是通过 iptables 对请求中的目的端口进行转发的，并不是在主机上通过端口监听

既然 lsof 跟 netstat 都查不到端口信息，那这个端口相当于没有处于 listen 状态?

如果这时再部署一个 hostport 提定相同端口的应用会怎么样呢?

结论是: 使用 hostPort 的应用在调度时无法调度在已经使用过相同 hostPort 的主机上，也就是说，在调度时会考虑 hostport

如果强行让其调度在同一台机器上，那么就会出现以下错误，如果不删除的话，这样的错误会越来越多，吓的作者赶紧删了.

如果这个时候创建一个 nodePort 类型的 svc， 端口也为 31123,结果会怎么样呢?

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-nodeport2
  labels:
    k8s-app: nginx-nodeport2
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: nginx-nodeport2
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: nginx-nodeport2
    spec:
      nodeName: spring-38
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-nodeport2
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 31123
  selector:
    k8s-app: nginx-nodeport2

可以发现，NodePort 是可以成功创建的，同时监听的端口也出现了.

从这也可以说明使用 hostposrt 指定的端口并没有 listen 主机的端口，要不然这里就会提示端口重复之类

那么问题又来了，同一台机器上同时存在有 hostPort 跟 nodePort 的端口，这个时候如果 curl 31123 时， 访问的是哪一个呢?

经多次使用 curl 请求后，均是使用了 hostport 那个 nginx pod 收到请求

原因还是因为 KUBE-NODE-PORT 规则在 KUBE-SERVICE 的链中是处于最后位置，而 hostPort 通过 portmap 写入的规则排在其之前

因此会先匹配到 hostport 的规则，自然请求就被转到 hostport 所在的 pod 中，这两者的顺序是没办法改变的，因此无论是 hostport 的应用发布在前还是在后都无法影响请求转发

另外再提一下，hostport 的规则在 ipvsadm 中是查询不到的，而 nodePort 的规则则是可以使用 ipvsadm 查询得到

问题解决

要想把这些规则删除，可以直接将 hostport 去掉，那么规则就会随着删除,比如下图中去掉了一个 nginx 的 hostport

另外使用较多的 port-forward 也是可以进行端口转发的，它又是个什么情况呢? 它其实使用的是 socat 及 netenter 工具，网上看到一篇文章，原理写的挺好的，感兴趣的可以看一看

参考: https://vflong.github.io/sre/k8s/2020/03/15/how-the-kubectl-port-forward-command-works.html

生产建议

一句话，生产环境除非是必要且无他法，不然一定不要使用 hostport，除了会影响调度结果之外，还会出现上述问题，可能造成的后果是非常严重的

参考文章

• https://www.qikqiak.com/post/how-to-use-ipvs-in-kubernetes/^[3]
• https://serenafeng.github.io/2020/03/26/kube-proxy-in-iptables-mode/^[4]
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/94418251^[5]
• https://ronaknathani.com/blog/2020/07/kubernetes-nodeport-and-iptables-rules/^[6]
• https://kubernetes.io/docs/concepts/extend-kubernetes/compute-storage-net/network-plugins/^[7]
• https://vflong.github.io/sre/k8s/2020/03/15/how-the-kubectl-port-forward-command-works.html^[8]

脚注

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