GKE와 Cloud Load Balancing 연결하기

안녕하세요, 짧은머리 개발자에요.

제가 근무하고 있는 회사는 Google Cloud Platform을 이용하여 서비스를 운영하고 있어요. 특히 컨테이너의 시대인 만큼 Google Kubernetes Engine을 이용하여 컨테이너를 관리하고 있는데요, 오늘은 처음 GKE를 도입하면서 GCP의 Cloud Load Balancer를 연동하며 했던 고민을 공유하려 해요.

먼저 GCP는 관리중인 서비스를 외부 혹은 내부에서 접근할 수 있도록 Cload Load Balancing이라는 명칭의 PaaS를 제공하고 있어요. CLB라고 불리는 이 서비스는 GCP에 배포된 서비스들에 고성능 부하 분산 기능을 제공하는 역할을 해요. AWS에는 ALB(NLB)라는 솔루션이 있어요.

우리 회사가 GKE에서 운영중인 서비스들에 대해 외부에서 접근할 수 있도록 하는것이 목표였는데요, GCP에서는 일반적으로 GKE의 외부 노출을 위해 다음의 솔루션을 제공해요.

쿠버네티스 게이트웨이 API를 이용한 외부 노출
쿠버네티스 인그레스를 이용한 외부 노출
서비스 + CLB 직접 관리를 통한 외부 노출

우리 회사가 선택한 방법은 3번인데, 그 이유는 다음과 같아요.

Load Balancer의 직접 관리를 통해 보다 폭 넓은 제어가 필요하다.

2번의 경우 CLB가 자동으로 생성, 관리되는데 이 경우 직접적인 제어가 까다로웠어요. 특히 인그레스 혹은 게이트웨이를 생성할 때 마다 CLB가 생성되는데, 이는 불필요한 CLB의 증가로 인해 관리가 복잡해지고 비용이 늘어나는 원인이 되기도 했어요.

SSL에 대한 폭 넓은 제어가 필요하다.1, 2번의 경우 인그레스, 게이트웨이가 늘어날 때 마다 해당 요청을 처리하는 도메인에 대한 SSL을 명시해 주고 관리해야 하는데 이것은 불필요한 관리를 유발했어요.

특히 초기의 경우 도메인에 대한 asterisk를 SSL에 등록하지 않고, 우리 회사에서 사용하는 도메인들에 대해 SSL을 발급, 관리했는데 이는 매우 까다로운 절차였어요.
인증서를 관리하기 위해 Google Certificates Manager를 이용하고 있어요. 문제는 DevOps 관점에서 SSL의 변경 혹은 추가가 일어날 때, Terraform을 이용한 생성 및 CLB 할당에서 인증서 관리를 마무리 하고 싶었어요.

L7 뿐만 아니라 L4에 대한 트래픽 제어도 필요하다.

블록체인을 운영하는 회사로서 노드에 대한 RPC 통신을 지원해야 했기 때문에 CLB를 통한 직접적인 관리가 필요했어요.

회사의 규모가 크지 않은만큼 필요한 수의 CLB만 유지하고 싶었어요.

GCP의 CLB는 고가용성을 제공하는 만큼 증가하는 트래픽에 대한 CLB를 분리하여 운영할 필요가 없었기에, 필요한 CLB의 숫자만 유지하고 싶었어요.

GCP에서는 최종적으로 GKE의 서비스에 접근하기 위해 GCP Backend Service와 Network Endpoint Group을 이용해야 해요.

GCP는 이를 지원하기 위해 AutoNeg 쿠버네티스 오퍼레이터를 제공하고 있어요. 이를 통해 쿠버네티스에 배포된 서비스를 바탕으로 GCP Backend Service와 Network Endpoint Group을 생성해 줘요.

이를 위해 쿠버네티스 서비스를 생성할 때 다음의 예시처럼 Backend Service와 NEG에 필요한 정보를 어노테이션에 담아 생성해야 해요.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  annotations:
    cloud.google.com/neg: '{"exposed_ports": {"80":{"name": "nginx-neg-svc"}}}'
  name: nginx-neg-test
  namespace: devops
  labels:
    app: nginx-neg-test
spec:
  ports:
    - port: 80
      protocol: TCP
  selector:
    app: nginx

이처럼 서비스에 AutoNeg를 통해 GKE와 CLB를 융합하며 운영했을 때 다음의 큰 문제가 발생했어요.

GKE 서비스를 배포할 때, Network Endpoint Group이 생성되는 Zone을 명시할 수 없다.
- 특히 이는 AWS의 EKS의 경우 AWS Load Balancer Controller와 Target Group Binding 그리고 리스너를 통해 배포되어 있는 EKS Pod에 대한 외부 노출이 가능한데 이에 대해 한번에 지원되지 않는게 의아했어요.

이는 Pod의 Spec이 변경될 때 마다 NEG 위치가 변하는 이슈가 있었고, CLB에서는 변경된 NEG로 다시 설정해 줘야 트래픽의 정상적인 처리가 가능했어요. 즉 Downtime이 발생할 수 있는 위험성을 가지고 있어요.

이를 해결하기 위해 GCP의 GKE 외부 노출 방법중 Ingress를 이용하여 애플리케이션을 외부로 노출해 봤어요.

# nginx.yaml
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  namespace: devops
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-neg-test
  namespace: devops
  labels:
    app: nginx-neg-test
spec:
  ports:
    - port: 80
      protocol: TCP
  selector:
    app: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
  namespace: devops
spec:
  rules:
    - http:
        paths:
          - path: /*
            pathType: ImplementationSpecific
            backend:
              service:
                name: nginx-neg-test
                port:
                  number: 80

이 경우 AutoNeg과는 다르게 Ingress로 배포한 서비스는 자동으로 현재 GKE가 배포되어 있는 Region 내의 모든 Zone에 대해 Network Endpoint Groups를 배포하는 것을 확인했고, 머리속에서 이거다! 하는 생각이 떠올랐어요.

GCP의 AutoNeg의 경우 배포되는 Service가 사용할 Network Endpoint Groud에 대해 다음의 규칙을 지키면 이미 생성된 NEG을 활용해요.

참고) https://cloud.google.com/knowledge/kb/standalone-network-endpoint-groups-sync-fails-000004875

💡 Note
Updating NEG description is impossible, so this only works if the NEG is used for populating endpoints from a specific set: [Cluster, service name, namespace, port] which does not change.

그래서 저는 AWS의 ALB Controller + Target Group Binding 노하우를 활용하여 다음과 같이 GKE 애플리케이션 외부 노출 정책을 결정했답니다.

인프라에 배포할 애플리케이션 요구사항에 맞춰 CLB, Backend Service, Network Endpoint Group을 먼저 생성한다.

Backend Services를 생성하며 생성된 NEG을 연결한다.

AutoNeg를 이용하여 서비스를 배포할 때 Backend Service와 NEG의 이름을 명시적으로 사용할 수 있어요.
이를 적용하기 위해 Backend Service를 생성할 때 쿠버네티스 서비스에 명시할 이름을 스펙으로 설정해야 해요.

3. 쿠버네티스 서비스 배포시 Backend Service를 생성한 스펙을 바탕으로 AutoNeg Annotation을 설정하여 배포한다.

이렇게 할 경우 Pod가 재배포 되면서 스펙에 변경사항이 발생되더라도 자동으로 AutoNeg이 서비스를 검사하여 GCP의 NEG과 Backend Service에 해당하는 서비스를 연결하는것을 확인했고 Downtime 없이 Application을 배포할 수 있었어요.

짧은머리 개발자

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