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Wireguard 全互联模式（full mesh）权威指南

米开朗基杨 云原生实验室 2021-05-26
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#WireGuard 8
#Linux 39
#云原生 82


高清架构图可以订阅博客查看：https://fuckcloudnative.io

前言

上篇文章给大家介绍了如何👉使用 wg-gen-web 来方便快捷地管理 WireGuard 的配置和秘钥，文末埋了两个坑：一个是 WireGuard 的全互联模式（full mesh），另一个是使用 WireGuard 作为 Kubernetes 的 CNI 插件。今天就来填第一个坑。

首先解释一下什么是全互联模式（full mesh），全互联模式其实就是一种网络连接形式，即所有结点之间都直接连接，不会通过第三方节点中转流量。和前面提到的点对多点架构[1] 其实是一个意思。

1. 全互联模式架构与配置

在 WireGuard 的世界里没有 Server 和 Client 之分，所有的节点都是 Peer。大家使用 WireGuard 的常规做法是找一个节点作为中转节点，也就是 VPN 网关，然后所有的节点都和这个网关进行连接，所有节点之间都通过这个网关来进行通信。这种架构中，为了方便理解，我们可以把网关看成 Server，其他的节点看成 Client，但实际上是不区分 Server 和 Client 的。

举个例子，假设有 4 个节点，分别是 A/B/C/D，且这 4 个节点都不在同一个局域网，常规的做法是选取一个节点作为 VPN 网关，架构如图：

这种架构的缺点我在之前的文章里也介绍过了，缺点相当明显：

  • 当 Peer 越来越多时，VPN 网关就会变成垂直扩展的瓶颈。
  • 通过 VPN 网关转发流量的成本很高，毕竟云服务器的流量很贵。
  • 通过 VPN 网关转发流量会带来很高的延迟。

那么全互联模式是什么样的架构呢？还是假设有 A/B/C/D 四个节点，每个节点都和其他节点建立 WireGuard 隧道，架构如图：

这种架构带来的直接优势就是快！任意一个 Peer 和其他所有 Peer 都是直连，无需中转流量。那么在 WireGuard 的场景下如何实现全互联模式呢？其实这个问题不难，难点在于配置的繁琐程度，本文的主要目标就是精简 WireGuard 全互联模式的配置流程。为了让大家更容易理解，咱们还是先通过架构图来体现各个 Peer 的配置：

配置一目了然，每个 Peer 和其他所有 Peer 都是直连，根本没有 VPN 网关这种角色。当然，现实世界的状况没有图中这么简单，有些 Peer 是没有公网 IP 的，躲在 NAT 后面，这里又分两种情况：

  1. NAT 受自己控制。这种情况可以在公网出口设置端口转发，其他 Peer 就可以通过这个公网 IP 和端口连接当前 Peer。如果公网 IP 是动态的，可以通过 DDNS 来解决，但 DDNS 会出现一些小问题，解决方法可以参考 WireGuard 的优化[2]。
  2. NAT 不受自己控制。这种情况无法在公网出口设置端口转发，只能通过 UDP 打洞来实现互联，具体可以参考 👉WireGuard 教程：使用 DNS-SD 进行 NAT-to-NAT 穿透。

接着上述方案再更进一步，打通所有 Peer 的私有网段，让任意一个 Peer 可以访问其他所有 Peer 的私有网段的机器。上述配置只是初步完成了全互联，让每个 Peer 可以相互访问彼此而已，要想相互访问私有网段，还得继续增加配置，还是直接看图：

红色字体部分就是新增的配置，表示允许访问相应 Peer 的私有网段，就是这么简单。详细的配置步骤请看下一节。

2. 全互联模式最佳实践

对如何配置有了清晰的思路之后，接下来就可以进入实践环节了。我不打算从 WireGuard 安装开始讲起，而是以前几篇文章为基础添砖加瓦。所以我建议读者先按顺序看下这两篇文章：

咱们直接从配置开始说起。手撸配置的做法是不明智的，因为当节点增多之后工作量会很大，我还是建议通过图形化界面来管理配置，首选 👉wg-gen-web。

现在还是假设有上节所述的 4 个 Peer，我们需要从中挑选一个 Peer 来安装 wg-gen-web，然后通过 wg-gen-web 来生成配置。挑选哪个 Peer 无所谓，这个没有特殊限制，这里假设挑选 AWS 来安装 wg-gen-web。

安装的步骤直接略过，不是本文的重点，不清楚的可以阅读我之前的文章 👉WireGuard 配置教程：使用 wg-gen-web 来管理 WireGuard 的配置。Server 配置如图：

生成 Azure 的配置：

SUBMIT 之后再查看 wg0.conf 的内容：

$ cat /etc/wireguard/wg0.conf

# Updated: 2021-02-24 07:34:23.805535396 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:24:02.208816462 +0000 UTC
[Interface]
Address = 10.0.0.1/24
ListenPort = 51820
PrivateKey = eEnHKGkGksx0jqrEDogjRj5l417BrEA39lr7WW9L9U0=

PreUp = echo WireGuard PreUp
PostUp = iptables -I FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -I FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -I INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
PreDown = echo WireGuard PreDown
PostDown = iptables -D FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -D FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -D INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
# Azure /  / Updated: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = OzdH42suuOpVY5wxPrxM+rEAyEPFg2eL0ZI29N7eSTY=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.2/32

这里无法通过图形化界面添加私有网段的配置，我们可以直接修改 wg0.conf 添加配置：

$ cat /etc/wireguard/wg0.conf

# Updated: 2021-02-24 07:34:23.805535396 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:24:02.208816462 +0000 UTC
[Interface]
Address = 10.0.0.1/24
ListenPort = 51820
PrivateKey = eEnHKGkGksx0jqrEDogjRj5l417BrEA39lr7WW9L9U0=

PreUp = echo WireGuard PreUp
PostUp = iptables -I FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -I FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -I INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
PreDown = echo WireGuard PreDown
PostDown = iptables -D FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -D FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -D INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
# Azure /  / Updated: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = OzdH42suuOpVY5wxPrxM+rEAyEPFg2eL0ZI29N7eSTY=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.2/32
AllowedIPs = 192.168.20.0/24

下载 Azure 配置文件：

可以看到配置文件内容为：

$ cat Azure.conf

[Interface]
Address = 10.0.0.2/32
PrivateKey = IFhAyIWY7sZmabsqDDESj9fqoniE/uZFNIvAfYHjN2o=


[Peer]
PublicKey = JgvmQFmhUtUoS3xFMFwEgP3L1Wnd8hJc3laJ90Gwzko=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.1/32, 192.168.10.0/24
Endpoint = aws.com:51820

先不急着修改，一鼓作气生成所有 Peer 的配置文件：

这时你会发现 wg0.conf 中已经包含了所有 Peer 的配置：

$ cat /etc/wireguard/wg0.conf

# Updated: 2021-02-24 07:57:00.745287945 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:24:02.208816462 +0000 UTC
[Interface]
Address = 10.0.0.1/24
ListenPort = 51820
PrivateKey = eEnHKGkGksx0jqrEDogjRj5l417BrEA39lr7WW9L9U0=

PreUp = echo WireGuard PreUp
PostUp = iptables -I FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -I FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -I INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
PreDown = echo WireGuard PreDown
PostDown = iptables -D FORWARD -i wg0 -j ACCEPT; iptables -D FORWARD -o wg0 -j ACCEPT; iptables -D INPUT -i wg0 -j ACCEPT; iptables -t nat -D POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
# Aliyun /  / Updated: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = kVq2ATMTckCKEJFF4TM3QYibxzlh+b9CV4GZ4meQYAo=
PresharedKey = v818B5etpRlyVYHGUrv9abM5AIQK5xeoCizdWj1AqcE=
AllowedIPs = 10.0.0.4/32

# GCP /  / Updated: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = qn0Xfyzs6bLKgKcfXwcSt91DUxSbtATDIfe4xwsnsGg=
PresharedKey = T5UsVvOEYwfMJQDJudC2ryKeCpnO3RV8GFMoi76ayyI=
AllowedIPs = 10.0.0.3/32

# Azure /  / Updated: 2021-02-24 07:57:00.751653134 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = OzdH42suuOpVY5wxPrxM+rEAyEPFg2eL0ZI29N7eSTY=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.2/32

现在问题就好办了，我们只需将 wg0.conf 中的 Aliyun 和 GCP 部分的配置拷贝到 Azure 的配置中，并删除 PresharedKey 的配置，再添加 Endpoint 和私有网段的配置：

$ cat Azure.conf

[Interface]
Address = 10.0.0.2/32
PrivateKey = IFhAyIWY7sZmabsqDDESj9fqoniE/uZFNIvAfYHjN2o=


[Peer]
PublicKey = JgvmQFmhUtUoS3xFMFwEgP3L1Wnd8hJc3laJ90Gwzko=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.1/32, 192.168.10.0/24
Endpoint = aws.com:51820

# Aliyun /  / Updated: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = kVq2ATMTckCKEJFF4TM3QYibxzlh+b9CV4GZ4meQYAo=
AllowedIPs = 10.0.0.4/32
AllowedIPs = 192.168.40.0/24
Endpoint = aliyun.com:51820

# GCP /  / Updated: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = qn0Xfyzs6bLKgKcfXwcSt91DUxSbtATDIfe4xwsnsGg=
AllowedIPs = 10.0.0.3/32
AllowedIPs = 192.168.30.0/24
Endpoint = gcp.com:51820

同理，GCP 的配置如下：

$ cat GCP.conf

[Interface]
Address = 10.0.0.3/32
PrivateKey = oK2gIMBAob67Amj2gT+wR9pzkbqWGNtq794nOoD3i2o=


[Peer]
PublicKey = JgvmQFmhUtUoS3xFMFwEgP3L1Wnd8hJc3laJ90Gwzko=
PresharedKey = T5UsVvOEYwfMJQDJudC2ryKeCpnO3RV8GFMoi76ayyI=
AllowedIPs = 10.0.0.1/32, 192.168.10.0/24
Endpoint = aws.com:51820

# Aliyun /  / Updated: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:45.941019829 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = kVq2ATMTckCKEJFF4TM3QYibxzlh+b9CV4GZ4meQYAo=
AllowedIPs = 10.0.0.4/32
AllowedIPs = 192.168.40.0/24
Endpoint = aliyun.com:51820

# Azure /  / Updated: 2021-02-24 07:57:00.751653134 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = OzdH42suuOpVY5wxPrxM+rEAyEPFg2eL0ZI29N7eSTY=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.2/32
AllowedIPs = 192.168.20.0/24
Endpoint = azure.com:51820

Aliyun 的配置如下：

$ cat Aliyun.conf

[Interface]
Address = 10.0.0.4/32
PrivateKey = +A1ZESJjmHuskB4yKqTcqC3CB24TwBKHGSffWDHxI28=


[Peer]
PublicKey = JgvmQFmhUtUoS3xFMFwEgP3L1Wnd8hJc3laJ90Gwzko=
PresharedKey = v818B5etpRlyVYHGUrv9abM5AIQK5xeoCizdWj1AqcE=
AllowedIPs = 10.0.0.1/32, 192.168.10.0/24
Endpoint = aws.com:51820

# GCP /  / Updated: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:57:27.3555646 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = qn0Xfyzs6bLKgKcfXwcSt91DUxSbtATDIfe4xwsnsGg=
AllowedIPs = 10.0.0.3/32
AllowedIPs = 192.168.30.0/24
Endpoint = gcp.com:51820

# Azure /  / Updated: 2021-02-24 07:57:00.751653134 +0000 UTC / Created: 2021-02-24 07:43:52.717385042 +0000 UTC
[Peer]
PublicKey = OzdH42suuOpVY5wxPrxM+rEAyEPFg2eL0ZI29N7eSTY=
PresharedKey = 1SyJuVp16Puh8Spyl81EgD9PJZGoTLJ2mOccs2UWDvs=
AllowedIPs = 10.0.0.2/32
AllowedIPs = 192.168.20.0/24
Endpoint = azure.com:51820

最后在各自的节点上通过各自的配置文件把 WireGuard 跑起来，就搞定了。

整个图形化界面配置过程中会出现好几个地方需要手动调整配置，这是因为 wg-gen-web 的功能目前还不完善，需要给它一定的时间。如果你无法接受手动调整配置，可以尝试另外一个项目：wg-meshconf[3]，这个项目专门用来生成 mesh 的配置，但没有图形化管理界面。各有利弊吧，大家自行选择。

3. 总结

我知道，很多人可能还是一头雾水，这玩意儿的应用场景有哪些？我随便举个简单的例子，假设你在云服务器上部署了 Kubernetes 集群，可以用本地的机器和云服务器的某台节点组建 WireGuard 隧道，然后在本地的 AllowedIPs 中加上 Pod 网段和 Service 网段，就可以那啥了，你懂吧？

好吧，又埋了一个坑，关于如何在家中直接访问云服务器 k8s 集群的 Pod IP 和 Service IP，后面会有专门的文章给大家讲解，虽然我也不确定是多久以后。。

参考资料

[1]

点对多点架构: https://fuckcloudnative.io/posts/why-not-why-not-wireguard/#7-wireguard-真的很快吗

[2]

WireGuard 的优化: https://fuckcloudnative.io/posts/configure-wireguard-using-wg-gen-web/#动态-ip

[3]

wg-meshconf: https://github.com/k4yt3x/wg-meshconf/blob/master/README.md


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