带你玩转kubernetes-k8s（第47篇：深入分析k8s网络原理[在K8s中使用网络插件）

Kubernetes目前支持两种网络插件的实现。
◎　CNI插件：根据CNI规范实现其接口，以与插件提供者进行对接。
◎　kubenet插件：使用bridge和host-local CNI插件实现一个基本的cbr0。
为了在Kubernetes集群中使用网络插件，需要在kubelet服务的启动参数上设置下面两个参数。
◎　--network-plugin-dir：kubelet启动时扫描网络插件的目录。
◎　--network-plugin：网络插件名称，对于CNI插件，设置为cni即可，无须关注--network-plugin-dir的路径。对于kubenet插件，设置为kubenet，目前仅实现了一个简单的cbr0 Linux网桥。
在设置--network-plugin="cni"时，kubelet还需设置下面两个参数。
◎　--cni-conf-dir：CNI插件的配置文件目录，默认为/etc/cni/net.d。该目录下配置文件的内容需要符合CNI规范。
◎　--cni-bin-dir：CNI插件的可执行文件目录，默认为/opt/cni/bin。
目前已有多个开源项目支持以CNI网络插件的形式部署到Kubernetes集群中，进行Pod的网络设置和网络策略的设置，包括Calico、Canal、Cilium、Contiv、Flannel、Romana、Weave Net等。

Kubernetes网络策略

    为了实现细粒度的容器间网络访问隔离策略，Kubernetes从1.3版本开始，由SIG-Network小组主导研发了Network Policy机制，目前已升级为networking.k8s.io/v1稳定版本。Network Policy的主要功能是对Pod间的网络通信进行限制和准入控制，设置方式为将Pod的Label作为查询条件，设置允许访问或禁止访问的客户端Pod列表。目前查询条件可以作用于Pod和Namespace级别。

    为了使用Network Policy，Kubernetes引入了一个新的资源对象NetworkPolicy，供用户设置Pod间网络访问的策略。但仅定义一个网络策略是无法完成实际的网络隔离的，还需要一个策略控制器（Policy Controller）进行策略的实现。策略控制器由第三方网络组件提供，目前Calico、Cilium、Kube-router、Romana、Weave Net等开源项目均支持网络策略的实现。
   Network Policy的工作原理如下图所示，policy controller需要实现一个API Listener，监听用户设置的NetworkPolicy定义，并将网络访问规则通过各Node的Agent进行实际设置（Agent则需要通过CNI网络插件实现）。

 

 

网络策略配置说明

      网络策略的设置主要用于对目标Pod的网络访问进行限制，在默认情况下对所有Pod都是允许访问的，在设置了指向Pod的NetworkPolicy网络策略之后，到Pod的访问才会被限制。

下面通过一个例子对NetworkPolicy资源对象的使用进行说明：

apiVersion:  networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: db
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 172.17.0.0/16
        except: 
        - 172.17.1.0/24
    - namespacesSelector:
        matchLabels:
          project: mopoject
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: frontend
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 6379
  egress:
  - to:
    - ipBlock:
        cidr: 10.0.0.0/24
      ports:
      - protocol: TCP
        port: 5978

主要的参数说明如下。
◎　podSelector：用于定义该网络策略作用的Pod范围，本例的选择条件为包含“role=db”标签的Pod。
◎　policyTypes：网络策略的类型，包括ingress和egress两种，用于设置目标Pod的入站和出站的网络限制。
◎　ingress：定义允许访问目标Pod的入站白名单规则，满足from条件的客户端才能访问ports定义的目标Pod端口号。
- from：对符合条件的客户端Pod进行网络放行，规则包括基于客户端Pod的Label、基于客户端Pod所在的Namespace的Label或者客户端的IP范围。
- ports：允许访问的目标Pod监听的端口号。
◎　egress：定义目标Pod允许访问的“出站”白名单规则，目标Pod仅允许访问满足to条件的服务端IP范围和ports定义的端口号。
- to：允许访问的服务端信息，可以基于服务端Pod的Label、基于服务端Pod所在的Namespace的Label或者服务端IP范围。
- ports：允许访问的服务端的端口号。

通过本例的NetworkPolicy设置，对目标Pod的网络访问的效果如下。
◎　该网络策略作用于Namespace“default”中含有“role=db”Label的全部Pod。
◎　允许与目标Pod在同一个Namespace中的包含“role=frontend”Label的客户端Pod访问目标Pod。
◎　允许属于包含“project=myproject”Label的Namespace的客户端Pod访问目标Pod。
◎　允许从IP地址范围“172.17.0.0/16”的客户端Pod访问目标Pod，但是不包括IP地址范围“172.17.1.0/24”的客户端。
◎　允许目标Pod访问IP地址范围“10.0.0.0/24”并监听5978端口的服务。

     这里是关于namespaceSelector和podSelector的说明：在from或to的配置中，namespaceSelector和podSelector可以单独设置，也可以组合配置。如果仅配置podSelector，则表示与目标Pod属于相同的Namespace，而组合设置则可以设置Pod所属的Namespace，例如：

 - from:
    - namespacesSelector:
        matchLabels:
          project: mopoject
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: frontend

     表示允许访问目标Pod的来源客户端Pod应具有如下属性：属于有“project=myproject”标签的Namespace，并且有“role=frontend”标签。

在Namespace级别设置默认的网络策略

   在Namespace级别还可以设置一些默认的全局网络策略，以方便管理员对整个Namespace进行统一的网络策略设置。

默认禁止任何客户端访问该Namespace中的所有Pod：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress

默认允许任何客户端访问该Namespace中的所有Pod：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-all
spec:
  podSelector:{}
  ingress:
  - {}
  policyTypes:
  - Ingress

默认禁止该Namespace中的所有Pod访问外部服务：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Egress

默认允许该Namespace中的所有Pod访问外部服务：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-all
spec:
  podSelector:{}
  egress:
  - {}
  policyTypes:
  - Egress

默认禁止任何客户端访问该Namespace中的所有Pod，同时禁止访问外部服务：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress

NetworkPolicy的发展

     Kubernetes从1.12版本开始，引入了对SCTP协议的支持，目前为Alpha版本的功能，可以通过打开--feature-gates=SCTPSupport=true特性开关启用。开启之后，可以在NetworkPolicy资源对象中设置protocol字段的值为SCTP，启用对SCTP协议的网络隔离设置。这要求CNI插件提供对SCTP协议的支持。

小结：

      本节内容到结束，本节内容比较简单，相信大家都可以理解。

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