设置 Azure Kubernetes 服务 (AKS) 的容器网络可观测性 - Azure 托管的 Prometheus 和 Grafana

本文介绍如何使用托管的 Prometheus 和 Grafana 与 BYO Prometheus 和 Grafana 设置为 Azure Kubernetes 服务 (AKS) 设置容器网络可观测性，以可视化已抓取的指标

可以使用容器网络可观测性收集有关 AKS 群集的网络流量数据。 高级网络可观测性支持用于监视应用程序和网络运行状况的集中式平台。 目前，可使用 Prometheus 存储指标并使用 Grafana 可视化它们。 容器网络可观测性还提供启用 Hubble 的功能。 Cilium 和非 Cilium 群集都支持这些功能。

容器网络可观测性是高级容器网络服务的功能之一。

• 具有活动订阅的 Azure 帐户。 如果没有订阅，请在开始之前创建一个试用帐户。

可以使用本地 Azure CLI。

• 如果需要，请安装 Azure CLI 来运行 CLI 参考命令。

• 本地 Azure CLI，请了解如何安装 Azure CLI。 如果在 Windows 或 macOS 上运行，请考虑在 Docker 容器中运行 Azure CLI。 有关详细信息，请参阅如何在 Docker 容器中运行 Azure CLI。

  • 通过使用 az login 命令登录到 Azure CLI。 若要完成身份验证过程，请遵循终端中显示的步骤。 有关其他登录选项，请参阅使用 Azure CLI 登录。

  • 出现提示时，请在首次使用时安装 Azure CLI 扩展。 有关扩展详细信息，请参阅使用 Azure CLI 的扩展。

  • 运行 az version 以查找安装的版本和依赖库。 若要升级到最新版本，请运行 az upgrade。

• 本文中的步骤所需的 Azure CLI 最低版本为 2.56.0。 运行 az --version 即可查找版本。 如果需要进行安装或升级，请参阅安装 Azure CLI。

使用 az extension add 或 az extension update 命令安装或更新 Azure CLI 预览版扩展。

# Install the aks-preview extension
az extension add --name aks-preview

# Update the extension to make sure you have the latest version installed
az extension update --name aks-preview

具有高级容器网络服务标志 --enable-acns 的 az aks create 命令创建一个新的 AKS 群集，它具有所有高级容器网络服务功能。 这些功能包括：

• 容器网络可观测性：提供对流量的见解。 若要了解详细信息，请访问容器网络可观测性。

• 容器网络安全：提供 FQDN 筛选等安全功能。 若要了解详细信息，请访问容器网络安全。

# Set an environment variable for the AKS cluster name. Make sure to replace the placeholder with your own value.
export CLUSTER_NAME="<aks-cluster-name>"

# Create an AKS cluster
az aks create \
    --name $CLUSTER_NAME \
    --resource-group $RESOURCE_GROUP \
    --generate-ssh-keys \
    --location chinanorth3 \
    --max-pods 250 \
    --network-plugin azure \
    --network-plugin-mode overlay \
    --network-dataplane cilium \
    --node-count 2 \
    --pod-cidr 192.168.0.0/16 \
    --kubernetes-version 1.29 \
    --enable-acns

# Set an environment variable for the AKS cluster name. Make sure to replace the placeholder with your own value.
export CLUSTER_NAME="<aks-cluster-name>"

# Create an AKS cluster
az aks create \
    --name $CLUSTER_NAME \
    --resource-group $RESOURCE_GROUP \
    --generate-ssh-keys \
    --network-plugin azure \
    --network-plugin-mode overlay \
    --pod-cidr 192.168.0.0/16 \
    --enable-acns

具有高级容器网络服务标志 --enable-acns 的 az aks update 命令使用所有高级容器网络服务功能（包括容器网络可观测性和容器网络安全功能）更新现有 AKS 群集。

az aks update \
    --resource-group $RESOURCE_GROUP \
    --name $CLUSTER_NAME \
    --enable-acns

使用 az aks get-credentials 命令获取群集凭据后。

az aks get-credentials --name $CLUSTER_NAME --resource-group $RESOURCE_GROUP

如果使用 BYO Prometheus 和 Grafana，请跳过本部分

使用以下示例为 AKS 群集安装并启用 Prometheus 和 Grafana。

#Set an environment variable for the Grafana name. Make sure to replace the placeholder with your own value.
export AZURE_MONITOR_NAME="<azure-monitor-name>"

# Create Azure monitor resource
az resource create \
    --resource-group $RESOURCE_GROUP \
    --namespace microsoft.monitor \
    --resource-type accounts \
    --name $AZURE_MONITOR_NAME \
    --location chinanorth3 \
    --properties '{}'

使用 az grafana create 创建 Grafana 实例。 Grafana 实例的名称必须唯一。

# Set an environment variable for the Grafana name. Make sure to replace the placeholder with your own value.
export GRAFANA_NAME="<grafana-name>"

# Create Grafana instance
az grafana create \
    --name $GRAFANA_NAME \
    --resource-group $RESOURCE_GROUP 

使用 az grafana show 将 Grafana 资源 ID 放在变量中。 使用 az resource show 将 Azure Monitor 资源 ID 放在变量中。 将 myGrafana 替换为 Grafana 实例的名称。

grafanaId=$(az grafana show \
                --name $GRAFANA_NAME \
                --resource-group $RESOURCE_GROUP \
                --query id \
                --output tsv)
azuremonitorId=$(az resource show \
                    --resource-group $RESOURCE_GROUP \
                    --name $AZURE_MONITOR_NAME \
                    --resource-type "Microsoft.Monitor/accounts" \
                    --query id \
                    --output tsv)

使用 az aks update 将 Azure Monitor 和 Grafana 资源链接到 AKS 群集。

az aks update \
    --name $CLUSTER_NAME \
    --resource-group $RESOURCE_GROUP \
    --enable-azure-monitor-metrics \
    --azure-monitor-workspace-resource-id $azuremonitorId \
    --grafana-resource-id $grafanaId

如果使用 BYO Grafana，请跳过此步骤

1. 使用 kubectl get pods 命令确保 Azure Monitor Pod 正在运行。

   kubectl get pods -o wide -n kube-system | grep ama-
   

   输出应类似于以下示例输出：

   ama-metrics-5bc6c6d948-zkgc9          2/2     Running   0 (21h ago)   26h
   ama-metrics-ksm-556d86b5dc-2ndkv      1/1     Running   0 (26h ago)   26h
   ama-metrics-node-lbwcj                2/2     Running   0 (21h ago)   26h
   ama-metrics-node-rzkzn                2/2     Running   0 (21h ago)   26h
   ama-metrics-win-node-gqnkw            2/2     Running   0 (26h ago)   26h
   ama-metrics-win-node-tkrm8            2/2     Running   0 (26h ago)   26h
   

2. 我们已创建示例仪表板。 可以在“仪表板”>“Azure 托管 Prometheus”文件夹下找到它们。 它们的名称类似于“Kubernetes/Networking/<name>”。 仪表板套件包括：

   • 群集：显示群集的节点级指标。
   • DNS（群集）：显示群集上的 DNS 指标或节点选择。
   • DNS（工作负载）：显示指定工作负载（例如 DaemonSet 或 CoreDNS 等部署的 Pod）的 DNS 指标。
   • 删除（工作负载）：显示从指定工作负载（例如部署或 DaemonSet 的 Pod）拖放。
   • Pod 流（命名空间）：显示传入/传出指定命名空间（即命名空间中的 Pod）的 L4/L7 数据包流。
   • Pod 流（工作负载）：显示传入/传出指定工作负载（例如部署或 DaemonSet 的 Pod）的 L4/L7 数据包流。

如果使用 Azure 托管 Grafana，请跳过此步骤

1. 将以下抓取作业添加到现有 Prometheus 配置，并重启 Prometheus 服务器：

   - job_name: networkobservability-hubble
     kubernetes_sd_configs:
       - role: pod
     relabel_configs:
       - target_label: cluster
         replacement: myAKSCluster
         action: replace
       - source_labels: [__meta_kubernetes_namespace, __meta_kubernetes_pod_label_k8s_app]
         regex: kube-system;(retina|cilium)
         action: keep
       - source_labels: [__address__]
         action: replace
         regex: ([^:]+)(?::\d+)?
         replacement: $1:9965
         target_label: __address__
       - source_labels: [__meta_kubernetes_pod_node_name]
         target_label: instance
         action: replace
     metric_relabel_configs:
       - source_labels: [__name__]
         regex: '|hubble_dns_queries_total|hubble_dns_responses_total|hubble_drop_total|hubble_tcp_flags_total' # if desired, add |hubble_flows_processed_total
         action: keep
   

2. 在 Prometheus 的“目标”中，验证 network-obs-pods 是否存在。

3. 登录到 Grafana 并使用以下 ID 导入以下示例仪表板：

   • 群集：显示群集的节点级指标。 (ID 18814)
   • DNS（群集）：显示群集上的 DNS 指标或节点选择。(ID 20925)
   • DNS（工作负载）：显示指定工作负载（例如 DaemonSet 或 CoreDNS 等部署的 Pod）的 DNS 指标。 (ID [20926] https://grafana.com/grafana/dashboards/20926-kubernetes-networking-dns-workload/)
   • 删除（工作负载）：显示从指定工作负载（例如部署或 DaemonSet 的 Pod）拖放。(ID 20927)。
   • Pod 流（命名空间）：显示传入/传出指定命名空间（即命名空间中的 Pod）的 L4/L7 数据包流。 (ID 20928)
   • Pod 流（工作负载）：显示传入/传出指定工作负载（例如部署或 DaemonSet 的 Pod）的 L4/L7 数据包流。(ID 20929)

   备注

   • 根据 Prometheus/Grafana 实例的设置，某些仪表板面板可能需要调整才能显示所有数据。
   • Cilium 目前不支持 DNS 指标/仪表板。

使用以下命令安装 Hubble CLI 以访问它收集的数据：

# Set environment variables
export HUBBLE_VERSION=v1.16.3
export HUBBLE_ARCH=amd64

#Install Hubble CLI
if [ "$(uname -m)" = "aarch64" ]; then HUBBLE_ARCH=arm64; fi
curl -L --fail --remote-name-all https://github.com/cilium/hubble/releases/download/$HUBBLE_VERSION/hubble-linux-${HUBBLE_ARCH}.tar.gz{,.sha256sum}
sha256sum --check hubble-linux-${HUBBLE_ARCH}.tar.gz.sha256sum
sudo tar xzvfC hubble-linux-${HUBBLE_ARCH}.tar.gz /usr/local/bin
rm hubble-linux-${HUBBLE_ARCH}.tar.gz{,.sha256sum}

1. 使用 kubectl get pods 命令确保 Hubble pod 正在运行。

   kubectl get pods -o wide -n kube-system -l k8s-app=hubble-relay
   

   输出应类似于以下示例输出：

   hubble-relay-7ddd887cdb-h6khj     1/1  Running     0       23h 
   

2. 使用 kubectl port-forward 命令进行 Hubble Relay 端口转发。

   kubectl port-forward -n kube-system svc/hubble-relay --address 127.0.0.1 4245:443
   

3. 使用双向 TLS (mTLS) 确保 Hubble Relay 服务器的安全。 若要使 Hubble 客户端能够检索流，需要获取相应的证书并使用它们配置客户端。 并使用以下命令应用证书：

   #!/usr/bin/env bash
   
   set -euo pipefail
   set -x
   
   # Directory where certificates will be stored
   CERT_DIR="$(pwd)/.certs"
   mkdir -p "$CERT_DIR"
   
   declare -A CERT_FILES=(
     ["tls.crt"]="tls-client-cert-file"
     ["tls.key"]="tls-client-key-file"
     ["ca.crt"]="tls-ca-cert-files"
   )
   
   for FILE in "${!CERT_FILES[@]}"; do
     KEY="${CERT_FILES[$FILE]}"
     JSONPATH="{.data['${FILE//./\\.}']}"
   
     # Retrieve the secret and decode it
     kubectl get secret hubble-relay-client-certs -n kube-system \
       -o jsonpath="${JSONPATH}" | \
       base64 -d > "$CERT_DIR/$FILE"
   
     # Set the appropriate hubble CLI config
     hubble config set "$KEY" "$CERT_DIR/$FILE"
   done
   
   hubble config set tls true
   hubble config set tls-server-name instance.hubble-relay.cilium.io
   

4. 使用以下 kubectl get secrets 命令验证是否已生成机密：

   kubectl get secrets -n kube-system | grep hubble-
   

   输出应类似于以下示例输出：

   kube-system     hubble-relay-client-certs     kubernetes.io/tls     3     9d
   
   kube-system     hubble-relay-server-certs     kubernetes.io/tls     3     9d
   
   kube-system     hubble-server-certs           kubernetes.io/tls     3     9d    
   

5. 使用 hubble observe 命令确保 Hubble Relay pod 正在运行。

   hubble observe --pod hubble-relay-7ddd887cdb-h6khj
   

1. 若要使用 Hubble UI，请将以下内容保存到 hubble-ui.yaml 中

   apiVersion: v1
   kind: ServiceAccount
   metadata:
     name: hubble-ui
     namespace: kube-system
   ---
   kind: ClusterRole
   apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
   metadata:
     name: hubble-ui
     labels:
       app.kubernetes.io/part-of: retina
   rules:
     - apiGroups:
         - networking.k8s.io
       resources:
         - networkpolicies
       verbs:
         - get
         - list
         - watch
     - apiGroups:
         - ""
       resources:
         - componentstatuses
         - endpoints
         - namespaces
         - nodes
         - pods
         - services
       verbs:
         - get
         - list
         - watch
     - apiGroups:
         - apiextensions.k8s.io
       resources:
         - customresourcedefinitions
       verbs:
         - get
         - list
         - watch
     - apiGroups:
         - cilium.io
       resources:
         - "*"
       verbs:
         - get
         - list
         - watch
   ---
   apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
   kind: ClusterRoleBinding
   metadata:
     name: hubble-ui
     labels:
       app.kubernetes.io/part-of: retina
   roleRef:
     apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
     kind: ClusterRole
     name: hubble-ui
   subjects:
     - kind: ServiceAccount
       name: hubble-ui
       namespace: kube-system
   ---
   apiVersion: v1
   kind: ConfigMap
   metadata:
     name: hubble-ui-nginx
     namespace: kube-system
   data:
     nginx.conf: |
       server {
           listen       8081;
           server_name  localhost;
           root /app;
           index index.html;
           client_max_body_size 1G;
           location / {
               proxy_set_header Host $host;
               proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
               # CORS
               add_header Access-Control-Allow-Methods "GET, POST, PUT, HEAD, DELETE, OPTIONS";
               add_header Access-Control-Allow-Origin *;
               add_header Access-Control-Max-Age 1728000;
               add_header Access-Control-Expose-Headers content-length,grpc-status,grpc-message;
               add_header Access-Control-Allow-Headers range,keep-alive,user-agent,cache-control,content-type,content-transfer-encoding,x-accept-content-transfer-encoding,x-accept-response-streaming,x-user-agent,x-grpc-web,grpc-timeout;
               if ($request_method = OPTIONS) {
                   return 204;
               }
               # /CORS
               location /api {
                   proxy_http_version 1.1;
                   proxy_pass_request_headers on;
                   proxy_hide_header Access-Control-Allow-Origin;
                   proxy_pass http://127.0.0.1:8090;
               }
               location / {
                   try_files $uri $uri/ /index.html /index.html;
               }
               # Liveness probe
               location /healthz {
                   access_log off;
                   add_header Content-Type text/plain;
                   return 200 'ok';
               }
           }
       }
   ---
   kind: Deployment
   apiVersion: apps/v1
   metadata:
     name: hubble-ui
     namespace: kube-system
     labels:
       k8s-app: hubble-ui
       app.kubernetes.io/name: hubble-ui
       app.kubernetes.io/part-of: retina
   spec:
     replicas: 1
     selector:
       matchLabels:
         k8s-app: hubble-ui
     template:
       metadata:
         labels:
           k8s-app: hubble-ui
           app.kubernetes.io/name: hubble-ui
           app.kubernetes.io/part-of: retina
       spec:
         serviceAccountName: hubble-ui
         automountServiceAccountToken: true
         containers:
         - name: frontend
           image: mcr.azk8s.cn/oss/cilium/hubble-ui:v0.12.2   
           imagePullPolicy: Always
           ports:
           - name: http
             containerPort: 8081
           livenessProbe:
             httpGet:
               path: /healthz
               port: 8081
           readinessProbe:
             httpGet:
               path: /
               port: 8081
           resources: {}
           volumeMounts:
           - name: hubble-ui-nginx-conf
             mountPath: /etc/nginx/conf.d/default.conf
             subPath: nginx.conf
           - name: tmp-dir
             mountPath: /tmp
           terminationMessagePolicy: FallbackToLogsOnError
           securityContext: {}
         - name: backend
           image: mcr.azk8s.cn/oss/cilium/hubble-ui-backend:v0.12.2
           imagePullPolicy: Always
           env:
           - name: EVENTS_SERVER_PORT
             value: "8090"
           - name: FLOWS_API_ADDR
             value: "hubble-relay:443"
           - name: TLS_TO_RELAY_ENABLED
             value: "true"
           - name: TLS_RELAY_SERVER_NAME
             value: ui.hubble-relay.cilium.io
           - name: TLS_RELAY_CA_CERT_FILES
             value: /var/lib/hubble-ui/certs/hubble-relay-ca.crt
           - name: TLS_RELAY_CLIENT_CERT_FILE
             value: /var/lib/hubble-ui/certs/client.crt
           - name: TLS_RELAY_CLIENT_KEY_FILE
             value: /var/lib/hubble-ui/certs/client.key
           livenessProbe:
             httpGet:
               path: /healthz
               port: 8090
           readinessProbe:
             httpGet:
               path: /healthz
               port: 8090
           ports:
           - name: grpc
             containerPort: 8090
           resources: {}
           volumeMounts:
           - name: hubble-ui-client-certs
             mountPath: /var/lib/hubble-ui/certs
             readOnly: true
           terminationMessagePolicy: FallbackToLogsOnError
           securityContext: {}
         nodeSelector:
           kubernetes.io/os: linux 
         volumes:
         - configMap:
             defaultMode: 420
             name: hubble-ui-nginx
           name: hubble-ui-nginx-conf
         - emptyDir: {}
           name: tmp-dir
         - name: hubble-ui-client-certs
           projected:
             defaultMode: 0400
             sources:
             - secret:
                 name: hubble-relay-client-certs
                 items:
                   - key: tls.crt
                     path: client.crt
                   - key: tls.key
                     path: client.key
                   - key: ca.crt
                     path: hubble-relay-ca.crt
   ---
   kind: Service
   apiVersion: v1
   metadata:
     name: hubble-ui
     namespace: kube-system
     labels:
       k8s-app: hubble-ui
       app.kubernetes.io/name: hubble-ui
       app.kubernetes.io/part-of: retina
   spec:
     type: ClusterIP
     selector:
       k8s-app: hubble-ui
     ports:
       - name: http
         port: 80
         targetPort: 8081
   

2. 使用以下命令将 hubble-ui.yaml 清单应用到群集

   kubectl apply -f hubble-ui.yaml
   

3. 使用 kubectl port-forward 命令为 Hubble UI 设置端口转发。

   kubectl -n kube-system port-forward svc/hubble-ui 12000:80
   

4. 通过在 Web 浏览器中输入 http://localhost:12000/ 来访问 Hubble UI。

如果不打算使用此应用程序，请使用 az group delete 命令删除本文中创建的其他资源。

  az group delete --name $RESOURCE_GROUP

本操作指南文章介绍了如何为 AKS 群集安装和启用容器网络可观测性。

• 有关容器网络安全及其功能的详细信息，请参阅什么是容器网络安全？。