K8S Pod 内抓包快速定位网络问题

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在使用 Kubernetes 时，可能会遇到一些网络问题。当通过检查配置与日志无法排查错误时，这时就需要抓取网络数据包，但是Pod内一般不会安装tcpdump命令，那有没有方法可以直接通过宿主机抓取Pod网络数据包？

当然有，本文介绍 nsenter 命令，能够进入Pod容器 net 命名空间。并且本文提供一个快速进入Pod容器 net 命名空间脚本，方便大家使用。

nsenter 使用参数

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nsenter [options] [program [arguments]]

options:
-t, --target pid：指定被进入命名空间的目标进程的pid
-m, --mount[=file]：进入mount命名空间。如果指定了file，则进入file的命名空间
-u, --uts[=file]：进入uts命名空间。如果指定了file，则进入file的命名空间
-i, --ipc[=file]：进入ipc命名空间。如果指定了file，则进入file的命名空间
-n, --net[=file]：进入net命名空间。如果指定了file，则进入file的命名空间
-p, --pid[=file]：进入pid命名空间。如果指定了file，则进入file的命名空间
-U, --user[=file]：进入user命名空间。如果指定了file，则进入file的命名空间
-G, --setgid gid：设置运行程序的gid
-S, --setuid uid：设置运行程序的uid
-r, --root[=directory]：设置根目录
-w, --wd[=directory]：设置工作目录

如果没有给出program，则默认执行 $SHELL。

除了进入 net 命名空间，nsenter 还可以进入 mnt, uts, ipc, pid, user 命名空间，以及指定根目录和工作目录。

Pod 容器抓包演示

发现某个服务网络不通，建议把这个服务副本数调为1个Pod，并且找到这个副本Pod所在宿主机和Pod名称。

查看Pod所在 宿主机 和 Pod名称。

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$ kubectl get pods -n test -o wide

登陆Pod所在 宿主机，创建一个 e_net.sh Shell 脚本。

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$ vim e_net.sh
#!/usr/bin/env bash

function e_net() {
  set -eu
  pod=`kubectl get pod ${pod_name} -n ${namespace} -o template --template='{{range .status.containerStatuses}}{{.containerID}}{{end}}' | sed 's/docker:\/\/\(.*\)$/\1/'`
  pid=`docker inspect -f {{.State.Pid}} $pod`
  echo -e "\033[32m Entering pod netns for ${namespace}/${pod_name} \033[0m\n"
  cmd="nsenter -n -t ${pid}"
  echo -e "\033[32m Execute the command: ${cmd} \033[0m"
  ${cmd}
}

# 运行函数
pod_name=$1
namespace=${2-"default"}
e_net

脚本依赖命令：宿主机上需要已安装 kubectl、docker、nsenter、sed、echo 命令。

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# 添加脚本执行权限
$ chmod +x e_net.sh

本例抓取 test 命名空间中 demo2-deployment-5f5f4fbd9b-92gd4 Pod 8080 端口请求包。

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# 进入 Pod demo2-deployment-5f5f4fbd9b-92gd4 net 命名空间
$ ./e_net.sh demo2-deployment-5f5f4fbd9b-92gd4 test

# 下面是脚本执行完输出结果
 Entering pod netns for test/demo2-deployment-5f5f4fbd9b-92gd4

 Execute the command: nsenter -n -t 44762

现在使用 ip addr 或者 ifconfig 查看，发现网卡配置只有 demo2-deployment-5f5f4fbd9b-92gd4Pod 网卡配置。

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$ ifconfig

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使用 tcpdump 抓取 eth0 网卡上 80 端口 数据包。

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$ tcpdump -nnnvv -As 0 -i eth0 port 80 -w demo2.pcap

tcpdump: listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
63 packets captured
63 packets received by filter
0 packets dropped by kernel

下载 demo2.pcap 到本机，使用 wireshark 查看包。

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原理

namespace 是Linux中一些进程属性的作用域，使用命名空间，可以隔离不同的进程。

Linux在不断的添加命名空间，目前有：

  • mount：挂载命名空间，使进程有一个独立的挂载文件系统，始于Linux 2.4.19
  • ipc：ipc命名空间，使进程有一个独立的ipc，包括消息队列，共享内存和信号量，始于Linux 2.6.19
  • uts：uts命名空间，使进程有一个独立的hostname和domainname，始于Linux 2.6.19
  • net：network命名空间，使进程有一个独立的网络栈，始于Linux 2.6.24
  • pid：pid命名空间，使进程有一个独立的pid空间，始于Linux 2.6.24
  • user：user命名空间，是进程有一个独立的user空间，始于Linux 2.6.23，结束于Linux 3.8
  • cgroup：cgroup命名空间，使进程有一个独立的cgroup控制组，始于Linux 4.6

Linux的每个进程都具有命名空间，可以在 /proc/PID/ns 目录中看到命名空间的文件描述符。

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nsenter

nsenter 命令相当于在setns之上做了一层封装，使我们无需指定命名空间的文件描述符，而是指定进程号即可。

指定进程号PID以及需要进入的命名空间后，nsenter会帮我们找到对应的命名空间文件描述符/proc/PID/ns/FD，然后使用该命名空间运行新的程序。