[EKS] Week 2 - EKS Networking

Week 2 학습 주제: Amazon EKS의 네트워킹 구조를 깊이 이해하고, VPC CNI, Service, LoadBalancer, Ingress, ExternalDNS 등 네트워크 관련 핵심 기능을 학습합니다.

📋 목차

  1. 🎯 Week 2 학습 목표
  2. 🌐 AWS VPC CNI 소개
  3. 🔍 노드에서 기본 네트워크 정보 확인
  4. 📡 노드 간 파드 통신
  5. 🌍 파드에서 외부 통신
  6. ⚙️ AWS VPC CNI 설정 변경
  7. 📊 노드에 파드 생성 갯수 제한
  8. 🔧 Kubernetes Service
  9. 🔀 kube-proxy 모드
  10. ⚖️ AWS LoadBalancer Controller
  11. 🚪 Ingress (L7 HTTP)
  12. 🌐 ExternalDNS
  13. 💡 핵심 개념 정리
  14. 🎓 Week 2 학습 정리

🎯 Week 2 학습 목표

1. 학습 목표

Week 2에서는 Amazon EKS의 네트워킹 구조와 핵심 개념을 학습합니다.

이번 주 핵심 학습 포인트:

  • ✅ AWS VPC CNI 플러그인의 동작 원리 이해
  • ✅ Secondary IP mode vs Prefix Delegation mode 비교
  • ✅ Pod 간 통신 흐름 및 라우팅 메커니즘
  • ✅ Kubernetes Service 종류 및 동작 원리
  • ✅ kube-proxy 모드 (iptables, IPVS, eBPF/XDP) 이해
  • ✅ AWS Load Balancer Controller 활용
  • ✅ Ingress Controller와 ALB 연동
  • ✅ ExternalDNS를 통한 DNS 자동화

왜 EKS Networking이 중요한가?

  • VPC Native: Pod가 VPC IP를 직접 할당받아 AWS 서비스와 직접 통신
  • 보안 그룹 지원: Pod 단위로 AWS Security Group 적용 가능
  • 성능: Overlay Network 없이 직접 라우팅으로 낮은 Latency
  • AWS 통합: ELB, Route53, CloudWatch와 완벽한 통합

2. 실습 환경 배포

Terraform을 이용한 EKS 클러스터 배포

# 코드 다운로드
git clone https://github.com/gasida/aews.git
cd aews/2w

# Terraform 변수 확인
cat <<EOF > terraform.tfvars
KeyName = "$AWS_KEY_PAIR"
MyIAMUser = "<본인 IAM 사용자명>"
SgIngressSshCidr = "$(curl -s ipinfo.io/ip)/32"
EOF

# Terraform 배포
terraform init
terraform apply -auto-approve

# kubeconfig 설정
aws eks update-kubeconfig --region ap-northeast-2 --name myeks --kubeconfig ~/.kube/config

배포된 리소스 확인

# EKS 클러스터 확인
eksctl get cluster

# 노드 확인
kubectl get nodes -o wide

# VPC CNI 버전 확인
kubectl get ds aws-node -n kube-system -o json | jq -r '.spec.template.spec.containers[0].image'

# kube-proxy 버전 확인
kubectl get ds kube-proxy -n kube-system -o json | jq -r '.spec.template.spec.containers[0].image'

🌐 AWS VPC CNI 소개

1. VPC CNI란?

AWS VPC CNI는 EKS에서 기본으로 사용하는 Container Network Interface 플러그인입니다.

주요 특징:

  • Pod에 VPC IP 주소를 직접 할당
  • AWS Security Group for Pods 지원
  • Overlay Network 없이 Native VPC 라우팅
  • Secondary IP 또는 Prefix Delegation 모드 지원
graph TB
    subgraph "Worker Node"
        A[kubelet] --> B[VPC CNI Plugin]
        B --> C[aws-k8s-agent]
        C --> D[EC2 ENI]

        subgraph "Pod Network Namespace"
            E[eth0 - Pod1]
            F[eth0 - Pod2]
        end

        D --> G[veth pair]
        G --> E
        G --> F
    end

    D --> H[VPC Subnet]
    H --> I[AWS Network]

    style B fill:#ff9900
    style D fill:#00a8e1
    style H fill:#00a8e1

VPC CNI의 장점:

  1. Native 성능: Overlay Network Overhead 없음
  2. AWS 통합: Security Group, NACLmichael 직접 적용
  3. 간편한 관리: VPC Flow Logs로 Pod 트래픽 모니터링
  4. 보안: Pod별 Security Group 적용 가능

2. CNI Plugin 동작 원리

CNI Plugin 호출 시점:

  • Pod 생성 시: ADD 명령어
  • Pod 삭제 시: DEL 명령어
sequenceDiagram
    participant K as kubelet
    participant C as VPC CNI
    participant L as L-IPAM
    participant E as EC2 API
    participant V as VPC

    K->>C: ADD (Pod 생성)
    C->>L: IP 주소 요청
    L->>E: DescribeNetworkInterfaces
    alt IP 주소 풀에 여유 있음
        L-->>C: 사용 가능한 IP 반환
    else IP 주소 부족
        L->>E: AttachNetworkInterface (새 ENI)
        L->>E: AssignPrivateIpAddresses
        E->>V: Secondary IP 할당
        V-->>E: IP 할당 완료
        E-->>L: IP 주소 반환
        L-->>C: 새로 할당된 IP 반환
    end

    C->>K: Pod IP 반환
    K->>K: Setup Network Namespace
    K->>K: Configure Routes

동작 흐름:

  1. kubelet이 Pod 스케줄링 시 CNI Plugin 호출
  2. VPC CNI가 L-IPAM(Local IP Address Manager)에 IP 요청
  3. L-IPAM이 사용 가능한 Secondary IP 확인
    • 여유 있으면 즉시 할당
    • 부족하면 EC2 API를 통해 새 ENI 연결 또는 Secondary IP 추가
  4. VPC CNI가 veth pair 생성 및 Pod Network Namespace 설정
  5. iptables NAT 규칙 설정
  6. Kernel API를 통해 라우팅 업데이트

3. IP 주소 할당 모드

Amazon VPC CNI는 두 가지 IP 할당 모드를 지원합니다.

(1) Secondary IP mode (기본값)

특징:

  • ENI에 연결된 각 Secondary Private IP 주소를 Pod에 개별 할당
  • IP 주소 범위: /16 CIDR (65,536개)
graph TB
    subgraph "Secondary IP Mode"
        subgraph "Worker Subnet: 10.0.0.0/16"
            A[Instance: 10.0.1.101]
            B[Instance: 10.0.0.203]
            C[Instance: 10.0.2.123]
        end

        subgraph "Primary ENI"
            A --> D["Primary IP: 10.0.0.20<br/>Secondary IPs:<br/>slot2: 10.0.0.101<br/>slot3: 10.0.0.203<br/>slot4: 10.0.2.123"]
        end

        subgraph "Secondary ENI"
            A --> E["Primary IP: 10.0.0.30<br/>Secondary IPs:<br/>slot2: 10.0.1.64<br/>slot3: 10.0.0.32<br/>slot4: 10.0.2.67"]
        end
    end

    D --> F[Pod1: 10.0.0.101]
    D --> G[Pod2: 10.0.0.203]
    E --> H[Pod3: 10.0.1.64]

    style D fill:#ff9900
    style E fill:#ff9900

최대 Pod 수 계산:

Max Pods = (ENI 당 IP 개수 - 1) × 2 + 2

예: m5.large (ENI 3개, ENI당 IP 10개)

Max Pods = (10 - 1) × 2 + 2 = 20개

(2) Prefix Delegation mode

특징:

  • IP 주소를 개별이 아닌 /28 Prefix 단위로 할당
  • IP 주소 범위: /28 블록 (16개 IP)
  • 더 많은 Pod를 배치 가능
graph TB
    subgraph "Prefix Delegation Mode"
        subgraph "Worker Subnet: 10.0.0.0/16"
            A[Instance]
        end

        subgraph "Primary ENI"
            A --> B["Primary IP: 10.0.0.20<br/><br/>Prefix Delegations:<br/>192.168.2.16/28 (16 IPs)<br/>192.168.2.32/28 (16 IPs)<br/>192.168.2.112/28 (16 IPs)"]
        end
    end

    B --> C[Pod1: 192.168.2.16]
    B --> D[Pod2: 192.168.2.17]
    B --> E[Pod3: 192.168.2.18]
    B --> F[...]
    B --> G[Pod16: 192.168.2.31]

    style B fill:#ff9900

최대 Pod 수 계산:

Max Pods = ENI × (Prefix 당 IP 개수 - 1) × 16

예: m5.large (ENI 3개, ENI당 Prefix 10개)

New Max Pods = 3 × 10 × 16 = 480개

Prefix Delegation 활성화:

# eksctl로 활성화
kubectl set env daemonset aws-node -n kube-system ENABLE_PREFIX_DELEGATION=true

# 확인
kubectl get ds aws-node -n kube-system -o yaml | grep ENABLE_PREFIX_DELEGATION

4. 보안 그룹 관리

Pod 단위 보안 그룹 (Security Groups for Pods):

  • VPC CNI가 기본적으로 AWS VPC의 보안 그룹과 연동
  • Pod별로 다른 보안 그룹 적용 가능
  • Prefix Delegation 모드에서만 완벽하게 동작
graph TB
    A[RDS Security Group] -->|Allow| B[Pod Security Group]
    B --> C[Branch ENI]
    C --> D[Pod]

    E[EKS Managed ENI] -->|Node Security Group| F[Node]

    style A fill:#00a8e1
    style B fill:#ff9900
    style C fill:#ff9900

설정 방법:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
  annotations:
    vpc.amazonaws.com/security-groups: "sg-xxxxx"
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx

🔍 노드에서 기본 네트워크 정보 확인

1. 노드 접속 및 IP 조회

# EC2 인스턴스 IP 조회
aws ec2 describe-instances --query "Reservations[*].Instances[*].[PublicIpAddress,PrivateIpAddress,InstanceName.Tags[?Key=='Name'].Value|[0]]" --output table

# 노드 정보 확인
kubectl get nodes -o custom-columns=NAME:.metadata.name,IP:.status.addresses[?(@.type=='InternalIP')].address,PODS:.status.capacity.pods

# 노드에 SSH 접속
ssh -i ~/.ssh/mykey.pem ec2-user@<NODE_IP>

2. 네트워크 인터페이스 확인

# 네트워크 인터페이스 목록
ip link show

# ENI 정보 확인
ip addr show

# 예시 출력
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP>
2: eth0@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> (Primary ENI)
3: eni1@if4: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> (Secondary ENI)

VPC CNI가 생성한 인터페이스:

  • eth0: Primary ENI (Node IP)
  • eniY@ifX: Pod에 할당된 veth pair
# Pod IP 확인
kubectl get pod -o wide

# CNI log 확인
kubectl logs -n kube-system -l k8s-app=aws-node --tail=100

3. 라우팅 테이블 확인

# 라우팅 테이블 조회
ip route show

# 예시 출력
default via 192.168.1.1 dev eth0                     # 기본 게이트웨이
192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link      # 노드 네트워크
192.168.1.64 dev eni1 scope link                     # Pod1 to ENI1
192.168.1.235 dev eni2 scope link                    # Pod2 to ENI2

CNI 라우팅 규칙:

  • 각 Pod의 IP는 해당 veth pair의 ENI로 라우팅
  • 노드가 Pod IP에 대한 직접 라우팅 보유
  • AWS VPC 라우팅 테이블과 연동

📡 노드 간 파드 통신

1. 파드 통신 흐름

동일 노드 내 Pod 간 통신:

graph LR
    A[Pod1: 10.10.1.10] --> B[eth0 - veth pair]
    B --> C[Node Network Bridge]
    C --> D[eth0 - veth pair]
    D --> E[Pod2: 10.10.1.20]

    style A fill:#ff9900
    style E fill:#ff9900

다른 노드 간 Pod 통신:

sequenceDiagram
    participant P1 as Pod1 on Node1<br/>10.10.1.10
    participant N1 as Node1<br/>192.168.1.10
    participant VPC as VPC Routing
    participant N2 as Node2<br/>192.168.1.11
    participant P2 as Pod2 on Node2<br/>10.10.1.20

    P1->>N1: Packet to 10.10.1.20
    N1->>N1: Route lookup
    N1->>VPC: Forward to Node2 subnet
    VPC->>N2: Route to 10.10.1.20
    N2->>N2: Route lookup (to eniY)
    N2->>P2: Deliver packet

    P2-->>N2: Response
    N2-->>VPC: Forward to Node1 subnet
    VPC-->>N1: Route to 10.10.1.10
    N1-->>P1: Deliver response

흐름 설명:

  1. Pod1 → Node1: Pod1이 패킷을 eth0(veth pair)를 통해 전송
  2. Node1 라우팅: Node1의 라우팅 테이블에서 목적지 확인
  3. VPC 라우팅: VPC 라우팅 테이블을 통해 Node2 Subnet으로 전달
  4. Node2 라우팅: Node2의 라우팅 테이블에서 Pod2의 ENI 확인
  5. Node2 → Pod2: veth pair를 통해 Pod2로 전달

2. Overlay Network vs AWS VPC CNI

Overlay Network (e.g., Calico, Flannel VXLAN)

graph TB
    subgraph "Calico CNI"
        subgraph "Node Network: 192.168.1.0/24"
            A[eth0: 192.168.1.1]
        end

        subgraph "Overlay Network: 10.1.1.0/24"
            B[Pod1: 10.1.1.1]
            C[Pod2: 10.1.1.2]
        end
    end

    A --> D[Virtual Router<br/>Outer Packet]
    D --> E[Pod Packet<br/>10.1.1.1 → 10.1.1.2]

    style D fill:#cccccc

특징:

  • Pod CIDR이 VPC 외부 대역 (e.g., 10.1.1.0/24)
  • Encapsulation (VXLAN, IP-in-IP) 필요
  • 추가 오버헤드 발생

AWS VPC CNI

graph TB
    subgraph "AWS VPC CNI"
        subgraph "Node Subnet: 192.168.1.0/24"
            A[eth0: 192.168.1.1]
            B[Pod1: 192.168.1.3]
            C[Pod2: 192.168.1.5]
        end
    end

    A --> D[Direct Routing]
    D --> B
    D --> C

    style D fill:#00a8e1

특징:

  • Pod IP가 VPC CIDR 내부 (e.g., 192.168.1.0/24)
  • Encapsulation 불필요
  • 낮은 Latency, 높은 성능

3. NAT 동작 원리

Pod에서 외부로 통신 시 SNAT (Source NAT):

sequenceDiagram
    participant P as Pod<br/>192.168.1.64
    participant N as Node<br/>192.168.1.10
    participant I as Internet

    P->>N: Source: 192.168.1.64<br/>Dest: 8.8.8.8
    N->>N: SNAT Rule<br/>192.168.1.64 → 192.168.1.10
    N->>I: Source: 192.168.1.10<br/>Dest: 8.8.8.8

    I-->>N: Source: 8.8.8.8<br/>Dest: 192.168.1.10
    N-->>N: DNAT Rule<br/>192.168.1.10 → 192.168.1.64
    N-->>P: Source: 8.8.8.8<br/>Dest: 192.168.1.64

iptables NAT 규칙 확인:

# NAT 테이블 확인
sudo iptables -t nat -S

# AWS-SNAT-CHAIN 규칙
-A AWS-SNAT-CHAIN-0 ! -d 192.168.0.0/16 -m comment --comment "AWS, SNAT" -j SNAT --to-source 192.168.1.10

🌍 파드에서 외부 통신

1. 외부 통신 흐름

Pod → Internet 통신 시:

graph LR
    A[Pod: 192.168.1.64] --> B[Node eth0<br/>192.168.1.10]
    B --> C[iptables SNAT]
    C --> D[VPC IGW]
    D --> E[Internet]

    style C fill:#ff9900
    style D fill:#00a8e1

단계별 흐름:

  1. Pod에서 패킷 생성 (Source: 192.168.1.64)
  2. Node의 iptables NAT 규칙 적용
  3. SNAT: 192.168.1.64 → 192.168.1.10 (Node IP)
  4. VPC Internet Gateway를 통해 외부로 전송

2. iptables SNAT 규칙

VPC CNI가 설정하는 iptables 규칙:

# 파드에서 외부로 나가는 모든 트래픽에 SNAT 적용
iptables -t nat -A AWS-SNAT-CHAIN-0 ! -d <VPC_CIDR> -j SNAT --to-source <NODE_IP>

# 예시
iptables -t nat -A AWS-SNAT-CHAIN-0 ! -d 192.168.0.0/16 -j SNAT --to-source 192.168.1.10

주요 규칙:

  • ! -d 192.168.0.0/16: VPC CIDR 외부 트래픽만
  • -j SNAT --to-source 192.168.1.10: Node IP로 변환

⚙️ AWS VPC CNI 설정 변경

AWS VPC CNI는 여러 환경 변수로 동작을 제어할 수 있습니다.

1. WARM_ENI_TARGET

설명: 미리 준비할 ENI 개수

# ENI를 1개 미리 준비
kubectl set env daemonset aws-node -n kube-system WARM_ENI_TARGET=1

동작 방식:

  • 예약된 ENI를 미리 연결하여 Pod 생성 시 즉시 IP 할당
  • Pod가 증가하면 ENI 개수 유지

예시:

  • WARM_ENI_TARGET=1 → 항상 ENI 1개 여유 유지
  • Pod 10개 → ENI 3개 (사용 2개 + 여유 1개)

2. WARM_IP_TARGET

설명: 미리 준비할 IP 주소 개수

# IP 주소를 10개 미리 준비
kubectl set env daemonset aws-node -n kube-system WARM_IP_TARGET=10

동작 방식:

  • Secondary IP를 미리 할당하여 Pod 생성 속도 향상
  • Pod 삭제 시에도 IP 유지 (재사용)

주의사항:

  • WARM_ENI_TARGET과 함께 사용 불가
  • IP 낭비 가능성 있음

3. MINIMUM_IP_TARGET

설명: 최소 유지할 IP 주소 개수

# 최소 30개 IP 주소 유지
kubectl set env daemonset aws-node -n kube-system MINIMUM_IP_TARGET=30

동작 방식:

  • 노드 시작 시 최소 IP 개수 확보
  • Scale-out 시 빠른 Pod 생성 보장

사용 시나리오:

  • 대규모 Pod 배포 예상 시
  • Pod 생성 Latency 최소화 필요 시

📊 노드에 파드 생성 갯수 제한

1. Secondary IP mode

최대 Pod 수 계산:

Max Pods = (ENI 수 × (ENI당 IP 개수 - 1)) + 2

예시: m5.large (ENI 3개, IP 10개/ENI):

Max Pods = (3 × (10 - 1)) + 2 = 29개

인스턴스별 최대 Pod 수:

Instance Type ENI 개수 IP/ENI Max Pods (Secondary IP)
t3.small 3 4 11
t3.medium 3 6 17
t3.large 3 12 35
m5.large 3 10 29
m5.xlarge 4 15 58
p3dn.24xlarge 15 50 737

2. Prefix Delegation mode

최대 Pod 수 계산:

New Max Pods = (ENI 수 × (ENI당 지원하는 IPv4 Prefix - 1)) × 16 + 2

예시: m5.large (ENI 3개, Prefix 10개/ENI):

New Max Pods = (3 × (10 - 1)) × 16 + 2 = 434개

Prefix Delegation 활성화:

# Prefix Delegation 모드 활성화
kubectl set env daemonset aws-node -n kube-system ENABLE_PREFIX_DELEGATION=true

# 확인
kubectl get ds aws-node -n kube-system -o yaml | grep ENABLE_PREFIX_DELEGATION

장점:

  • 대폭 증가한 Pod 수: m5.large에서 29개 → 434개
  • IP 효율성: /28 Prefix 단위 할당으로 IP 절약
  • 빠른 스케일: Prefix 단위 할당으로 속도 향상

3. maxPods 계산 방법

kubelet의 maxPods 제한 확인:

# kubelet 설정 확인
kubectl get node <NODE_NAME> -o json | jq .status.capacity.pods

# 또는
kubectl describe node <NODE_NAME> | grep pods

maxPods 수동 조정 (t3.medium 예시):

# 기본 maxPods 변경
cat <<EOF | sudo tee /etc/kubernetes/kubelet/kubelet-config.json
{
  "maxPods": 50
}
EOF

# kubelet 재시작
sudo systemctl restart kubelet

주의사항:

  • ENI 제한을 초과하면 Pod는 Pending 상태
  • IP 부족 시 자동으로 ENI 추가되지만 시간 소요

🔧 Kubernetes Service

1. Service 개념

Service는 Pod 간 통신 시 고정된 IP 와 도메인 이름을 제공합니다.

문제점:

  • Pod IP는 재시작 시 변경됨
  • 여러 Pod에 로드밸런싱 필요

해결책:

  • Service가 고정 IP (ClusterIP) 제공
  • Endpoint를 통해 Pod 목록 관리
  • 레이블 Selector로 Pod 자동 등록
graph TB
    A[Client] --> B[Service<br/>10.200.1.1]

    subgraph "Endpoints"
        B --> C[Pod1: 172.16.1.1]
        B --> D[Pod2: 172.16.1.2]
        B --> E[Pod3: 172.16.1.3]
    end

    style B fill:#ff9900

2. Service 종류

Kubernetes에는 총 4가지 Service 종류가 있습니다.

Service 종류 접근 범위 용도
ClusterIP 클러스터 내부 기본 Service, 내부 통신만
NodePort 외부 클라이언트 노드 IP:NodePort로 접근
LoadBalancer 외부 클라이언트 (로드밸런서) AWS ELB 등 외부 LB 연동
ExternalName 외부 서비스 외부 도메인 CNAME 매핑

3. ClusterIP Service

기본 Service 타입으로 클러스터 내부에서만 접근 가능합니다.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 10200        # Service Port
    targetPort: 8080   # Pod Port

동작 원리:

sequenceDiagram
    participant C as Client Pod
    participant S as Service<br/>10.200.1.1
    participant K as kube-proxy
    participant P1 as Pod1<br/>172.16.1.1:8080
    participant P2 as Pod2<br/>172.16.1.2:8080

    C->>S: Request to 10.200.1.1:10200
    S->>K: iptables rule lookup
    K->>K: Random Pod selection
    K->>P1: Forward to 172.16.1.1:8080
    P1-->>C: Response

특징:

  • ClusterIP는 쿠버네티스 클러스터 내부에서만 접근
  • 외부 클라이언트는 접근 불가

4. NodePort Service

NodePort는 모든 노드의 IP:NodePort로 외부에서 접근 가능합니다.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 10200
    targetPort: 8080
    nodePort: 30100   # 30000-32767 범위

graph LR
    A[External Client] -->|NodeIP:30100| B[Node1<br/>192.168.1.10]
    A -->|NodeIP:30100| C[Node2<br/>192.168.1.11]

    B --> D[kube-proxy]
    C --> D

    D --> E[Pod1]
    D --> F[Pod2]
    D --> G[Pod3]

    style B fill:#00a8e1
    style C fill:#00a8e1

특징:

  • 외부에서 <NodeIP>:<NodePort>로 접근
  • 모든 노드에서 동일한 NodePort 사용
  • 프로덕션에서는 LoadBalancer 사용 권장

5. LoadBalancer Service

LoadBalancer는 클라우드 제공업체의 외부 로드밸런서를 생성합니다.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-loadbalancer
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

AWS에서 생성되는 리소스:

  • Classic Load Balancer (CLB) 또는
  • Network Load Balancer (NLB, AWS Load Balancer Controller 사용 시)
graph TB
    A[Internet] --> B[AWS ELB<br/>a1b2c3.elb.amazonaws.com]

    B --> C[Node1:NodePort]
    B --> D[Node2:NodePort]
    B --> E[Node3:NodePort]

    C --> F[kube-proxy]
    D --> F
    E --> F

    F --> G[Pod1]
    F --> H[Pod2]
    F --> I[Pod3]

    style B fill:#ff9900

특징:

  • 외부에서 ELB DNS 이름으로 접근
  • 자동으로 Health Check 설정
  • AWS에서 비용 발생

6. ExternalName Service

ExternalName은 외부 서비스의 도메인 이름을 매핑합니다.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-database
spec:
  type: ExternalName
  externalName: mydb.example.com

특징:

  • CNAME 레코드로 외부 서비스 참조
  • ClusterIP 없음
  • 외부 데이터베이스 등 연동 시 사용

🔀 kube-proxy 모드

kube-proxy는 Service를 구현하는 핵심 컴포넌트로, 여러 모드를 지원합니다.

1. User Space 모드

가장 초기 모드로 kube-proxy가 직접 프록시 역할을 합니다.

graph TB
    A[Client] --> B[iptables<br/>REDIRECT]
    B --> C[kube-proxy<br/>User Space]
    C --> D[Pod1]
    C --> E[Pod2]

    style C fill:#ff9900

특징:

  • kube-proxy 프로세스가 직접 트래픽 처리
  • User Space ↔ Kernel Space 전환으로 성능 저하
  • deprecated, 사용 안 함

2. iptables 모드

기본 모드로 iptables 규칙으로 트래픽을 전달합니다.

graph TB
    A[Client] --> B[iptables<br/>DNAT]
    B --> C[Pod1]
    B --> D[Pod2]
    B --> E[Pod3]

    style B fill:#ff9900

동작 원리:

  1. kube-proxy가 iptables 규칙 생성
  2. 패킷이 Service IP로 전송
  3. iptables DNAT 규칙 적용
  4. 랜덤하게 Pod 선택하여 포워딩

장점:

  • Kernel Space에서 처리 (빠름)
  • 안정적

단점:

  • iptables 규칙 수가 많아지면 성능 저하
  • 수천 개 Service 시 Latency 증가

3. IPVS 모드

IPVS(IP Virtual Server)는 Linux Kernel의 Layer 4 로드밸런서입니다.

graph TB
    A[Client] --> B[IPVS<br/>Hash Table]
    B --> C[Pod1]
    B --> D[Pod2]
    B --> E[Pod3]

    style B fill:#ff9900

특징:

  • Hash Table 기반으로 빠른 룩업
  • iptables보다 훨씬 빠름
  • 다양한 로드밸런싱 알고리즘 지원 (RoundRobin, LeastConnection 등)

활성화 방법:

# kube-proxy ConfigMap 수정
kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system

# mode: ipvs 설정
data:
  config.conf: |
    mode: "ipvs"

# kube-proxy 재시작
kubectl delete pod -n kube-system -l k8s-app=kube-proxy

장점:

  • 성능: iptables보다 매우 빠름
  • 확장성: 수만 개 Service 처리 가능

단점:

  • IPVS 커널 모듈 필요
  • 설정 복잡

4. nftables 모드

nftables는 iptables의 후속 기술입니다.

특징:

  • Linux Kernel 5.13 이상 필요
  • iptables보다 성능 개선
  • Kubernetes 1.31부터 지원 시작

5. eBPF/XDP 모드

eBPF(Extended Berkeley Packet Filter)는 Kernel Networking Layer를 우회합니다.

graph TB
    subgraph "Kernel Space"
        A[Socket Layer]
        B[TCP/UDP Layer]
        C[IP Layer]
        D[Device Driver<br/>NIC RX]

        A --> B
        B --> C
        C --> D
    end

    E[eBPF/XDP] --> D
    E --> F[Pod]

    style E fill:#ff9900

동작 원리:

  • eBPF: Kernel 내부에서 프로그램 실행
  • XDP: NIC 드라이버 레벨에서 패킷 처리

특징:

  • 극한의 성능: L3/L4 구간 우회
  • Cilium CNI 등에서 사용
  • Kernel 프로그래밍 필요

⚖️ AWS LoadBalancer Controller

AWS Load Balancer Controller는 Kubernetes Service를 AWS NLB/ALB와 연동합니다.

1. Instance mode vs IP mode

(1) Instance mode

특징:

  • NodePort 사용
  • ELB → NodeIP:NodePort → kube-proxy → Pod
  • externalTrafficPolicy: Cluster (기본값)
graph TB
    A[Client] --> B[AWS NLB]

    B --> C[Node1:31245]
    B --> D[Node2:31245]

    C --> E[iptables]
    D --> E

    E --> F[Pod A on Node1]
    E --> G[Pod B on Node1]
    E --> H[Pod C on Node2]

    style B fill:#ff9900

장점:

  • 구현 간단
  • 호환성 높음

단점:

  • 2 hop (Node → Pod)
  • 소스 IP 보존 안 됨

(2) IP mode

특징:

  • Pod IP 직접 타겟 등록
  • ELB → Pod IP 직접 통신
  • externalTrafficPolicy: Local 권장
graph TB
    A[Client] --> B[AWS NLB<br/>IP Target Mode]

    B --> C[Pod A: 192.168.1.10]
    B --> D[Pod B: 192.168.1.20]
    B --> E[Pod C: 192.168.1.30]

    style B fill:#ff9900

장점:

  • 1 hop (직접 연결)
  • 소스 IP 보존
  • 낮은 Latency

단점:

  • Proxy Protocol v2 필요 (NLB만)
  • 복잡한 설정

2. IRSA 설정

AWS Load Balancer Controller는 IRSA (IAM Roles for Service Accounts)를 사용합니다.

# (1) IAM OIDC Provider 생성
eksctl utils associate-iam-oidc-provider --cluster myeks --approve

# (2) IAM Policy 다운로드
curl -o iam_policy.json https://raw.githubusercontent.com/kubernetes-sigs/aws-load-balancer-controller/refs/heads/main/docs/install/iam_policy.json

# (3) IAM Policy 생성
aws iam create-policy \
  --policy-name AWSLoadBalancerControllerIAMPolicy \
  --policy-document file://iam_policy.json

# (4) Service Account 생성
eksctl create iamserviceaccount \
  --cluster=myeks \
  --namespace=kube-system \
  --name=aws-load-balancer-controller \
  --attach-policy-arn=arn:aws:iam::$ACCOUNT_ID:policy/AWSLoadBalancerControllerIAMPolicy \
  --override-existing-serviceaccounts \
  --approve

# (5) Service Account 확인
kubectl get sa aws-load-balancer-controller -n kube-system -o yaml

3. NLB 배포

Helm으로 AWS Load Balancer Controller 설치:

# Helm repo 추가
helm repo add eks https://aws.github.io/eks-charts
helm repo update

# 설치
helm install aws-load-balancer-controller eks/aws-load-balancer-controller \
  -n kube-system \
  --set clusterName=myeks \
  --set serviceAccount.create=false \
  --set serviceAccount.name=aws-load-balancer-controller \
  --set region=ap-northeast-2 \
  --set vpcId=vpc-xxxxxxxx

# 확인
kubectl get deploy -n kube-system aws-load-balancer-controller

NLB Service 배포:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: echo-service-nlb
  annotations:
    service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: "nlb"
    service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-scheme: "internet-facing"
    service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-nlb-target-type: "ip"
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: echo
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080

확인:

# Service 확인
kubectl get svc echo-service-nlb

# NLB DNS 확인
NLB_DNS=$(kubectl get svc echo-service-nlb -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].hostname}')
curl http://$NLB_DNS

🚪 Ingress (L7 HTTP)

1. Ingress Controller

Ingress Controller는 L7 HTTP/HTTPS 로드밸런싱을 제공합니다.

graph TB
    A[Client] --> B[ALB<br/>*.elb.amazonaws.com]

    B -->|/api| C[API Service]
    B -->|/web| D[Web Service]

    C --> E[API Pod 1]
    C --> F[API Pod 2]

    D --> G[Web Pod 1]
    D --> H[Web Pod 2]

    style B fill:#ff9900

주요 Ingress Controller:

  • AWS ALB Ingress Controller (AWS Load Balancer Controller)
  • NGINX Ingress Controller
  • Traefik
  • Istio Gateway

2. ALB Ingress Controller

AWS Load Balancer Controller를 사용하여 ALB를 생성합니다.

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
  annotations:
    alb.ingress.kubernetes.io/scheme: internet-facing
    alb.ingress.kubernetes.io/target-type: ip
    alb.ingress.kubernetes.io/listen-ports: '[{"HTTP": 80}, {"HTTPS": 443}]'
    alb.ingress.kubernetes.io/certificate-arn: arn:aws:acm:...
spec:
  ingressClassName: alb
  rules:
  - host: api.example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-service
            port:
              number: 8080
  - host: web.example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web-service
            port:
              number: 80

동작 흐름:

sequenceDiagram
    participant C as Client
    participant A as ALB
    participant I as Ingress Controller
    participant S as Service
    participant P as Pod

    C->>A: GET api.example.com/users
    A->>A: Host-based routing
    A->>S: Forward to api-service
    S->>P: kube-proxy routing
    P-->>S: Response
    S-->>A: Response
    A-->>C: Response

특징:

  • Host-based routing: 도메인별 라우팅
  • Path-based routing: URL 경로별 라우팅
  • TLS Termination: ACM 인증서 연동

🌐 ExternalDNS

1. ExternalDNS란?

ExternalDNS는 Kubernetes Service/Ingress를 Route53에 자동 등록합니다.

graph LR
    A[Ingress/Service] --> B[ExternalDNS]
    B --> C[Route53]

    C --> D[DNS Record<br/>api.example.com]
    C --> E[DNS Record<br/>web.example.com]

    style B fill:#ff9900
    style C fill:#00a8e1

2. ExternalDNS 설정

Helm으로 설치:

# Helm repo 추가
helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm repo update

# 설치
helm install external-dns bitnami/external-dns \
  --set provider=aws \
  --set aws.region=ap-northeast-2 \
  --set txtOwnerId=myeks \
  --set domainFilters[0]=example.com \
  --set policy=sync

# 확인
kubectl get deploy external-dns

Service에 Annotation 추가:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  annotations:
    external-dns.alpha.kubernetes.io/hostname: api.example.com
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: api
  ports:
  - port: 80

Route53 레코드 자동 생성 확인:

# Route53 레코드 조회
aws route53 list-resource-record-sets --hosted-zone-id <ZONE_ID> --query "ResourceRecordSets[?Name=='api.example.com.']"

💡 핵심 개념 정리

1. VPC CNI vs Overlay CNI

항목 VPC CNI Overlay CNI (Calico, Flannel)
Pod IP VPC CIDR 내부 VPC 외부 대역 (10.x.x.x)
Encapsulation 없음 VXLAN, IP-in-IP
성능 높음 (직접 라우팅) 낮음 (Overhead)
AWS 통합 Security Group, NACLs 지원 지원 안 함
라우팅 VPC Route Table Overlay Route Table
IP 제약 VPC CIDR 크기 제한 제약 없음

2. Secondary IP vs Prefix Delegation

항목 Secondary IP mode Prefix Delegation mode
IP 할당 단위 개별 IP /28 Prefix (16개)
Max Pods (m5.large) 29개 434개
IP 효율성 낮음 높음
스케일 속도 느림 빠름
Subnet 크기 /16 이상 권장 /28 이상 권장

언제 Prefix Delegation을 사용해야 하나?

  • 노드당 많은 Pod 필요 (30개 이상)
  • IP 주소 절약 필요
  • 빠른 Pod 생성 속도 필요

3. kube-proxy 모드 비교

모드 성능 확장성 복잡도 Kernel 요구사항
userspace ⭐ ⭐ ⭐⭐ -
iptables ⭐⭐⭐ ⭐⭐ ⭐⭐ iptables
IPVS ⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐ IPVS 모듈
nftables ⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐ nftables (5.13+)
eBPF/XDP ⭐⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐⭐⭐⭐ eBPF (4.8+)

권장사항:

  • 소규모 클러스터 (< 100 Service): iptables
  • 대규모 클러스터 (> 1000 Service): IPVS
  • 극한 성능 필요: eBPF/XDP (Cilium)

4. Service 종류 비교

graph TB
    subgraph "Service Types"
        A[ClusterIP<br/>Internal Only]
        B[NodePort<br/>NodeIP:Port]
        C[LoadBalancer<br/>External LB]
        D[ExternalName<br/>CNAME]
    end

    E[Internal Clients] --> A

    F[External Clients] --> B
    F --> C

    A --> G[Pods]
    B --> G
    C --> G

    D --> H[External Service<br/>db.example.com]

    style A fill:#00a8e1
    style B fill:#ff9900
    style C fill:#ff9900
    style D fill:#cccccc

선택 기준:

  • 내부 통신만: ClusterIP
  • 간단한 외부 접근: NodePort
  • 프로덕션 외부 접근: LoadBalancer
  • 외부 서비스 참조: ExternalName

🎓 Week 2 학습 정리

이번 주 핵심 요약

1. AWS VPC CNI

  • EKS는 VPC CNI를 기본 사용
  • Pod가 VPC IP를 직접 할당받아 Native 성능
  • Secondary IP mode vs Prefix Delegation mode

2. IP 주소 관리

  • WARM_ENI_TARGET, WARM_IP_TARGET, MINIMUM_IP_TARGET 설정
  • maxPods 계산: ENI × (IP/ENI - 1) + 2
  • Prefix Delegation 시 최대 16배 증가

3. Service 종류

  • ClusterIP: 내부 통신
  • NodePort: 외부 접근 (NodeIP:Port)
  • LoadBalancer: AWS ELB 연동
  • ExternalName: 외부 도메인 참조

4. kube-proxy 모드

  • iptables: 기본 모드, 안정적
  • IPVS: 대규모 클러스터, Hash Table 기반
  • eBPF/XDP: 극한 성능, Kernel 우회

5. AWS LoadBalancer Controller

  • Instance mode vs IP mode
  • IRSA (IAM Roles for Service Accounts)
  • NLB/ALB 자동 생성

6. Ingress & ExternalDNS

  • ALB Ingress Controller로 L7 라우팅
  • ExternalDNS로 Route53 자동 등록

다음 주 예고

Week 3 학습 주제 (예정):

  • EKS Storage (EBS, EFS, FSx)
  • StatefulSet과 Persistent Volume
  • CSI Driver
  • Snapshot과 Backup

마지막 업데이트: 2026-03-24