【云原生】k8s NetworkPolicy 网络策略是怎么样的

前言

随着微服务的流行，越来越多的云服务平台需要大量模块之间的网络调用。

在 Kubernetes 中，网络策略(NetworkPolicy)是一种强大的机制，可以控制 Pod 之间和 Pod 与外部网络之间的流量。

Kubernetes 中的 NetworkPolicy 定义了一组规则，这些规则允许或者拒绝特定流量的传输。通过使用 NetworkPolicy，Kubernetes 管理员能够更好地掌控容器网络，确保应用程序的网络安全性。

NetworkPolicy 可以实现什么

NetworkPolicy 可被定义为 Pod 标签选择器、命名空间选择器或者两者的组合。它可以实现以下功能：

• 限制 Pod 之间的流量：通过指定 Ingress 规则，可以阻止来自其他 Pod 的流量进入目标 Pod。
• 允许 Pod 之间的流量：需要为目标 Pod 配置 Egress 规则，以便只允许来自特定 Pod 的流量进入。
• 限制 Pod 与外部网络的通信：通过指定 Egress 规则，可以控制哪些类型的外部流量可以进入 Pod，并防止未经授权的访问。
• 允许 Pod 与外部网络的通信：需要为目标 Pod 配置 Ingress 规则，以便只允许来自特定 IP 地址、端口或协议的流量进入。

使用 NetworkPolicy 时，需要考虑什么

使用 NetworkPolicy 时，需要考虑以下几个方面：

• NetworkPolicy 只在支持它的网络插件中起作用，例如 Calico、Cilium 和 Weave Net 等。
• 没有定义任何 NetworkPolicy 规则，则所有的流量都会被允许。
• 定义 NetworkPolicy 后，它只适用于当前命名空间中的 Pod。
• 在 NetworkPolicy 中指定标签选择器时，应保证其唯一性，以免给其他 Pod 带来影响。

网络策略有哪些

默认情况下，如果名字空间中不存在任何策略，则所有进出该名字空间中 Pod 的流量都被允许。

Namespace 隔离流量

默认情况下，所有 Pod 之间都是互通的。每个 Namespace 可以配置独立的网络策略，来隔离 Pod 之间的网络流量。

由此，可以通过创建匹配 Pod 的 Network Policy 来作为默认的网络策略，比如默认拒绝所有 Pod 之间 Ingress 的通信，如下：

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

默认拒绝 Pod 之间 Egress（出口） 通信的策略：

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

甚至是默认拒绝 Pod 之间 Ingress（入口） 和 Egress（出口） 通信的策略：

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

Pod 隔离

Pod 隔离可以分为出口的隔离和入口的隔离。其实这里的“隔离”不是绝对的，而是还有一些其它限制。

比如可以通过使用标签选择器（这里可以是 namespaceSelector 和 podSelector）来控制 Pod 之间的流量。

如下面的 Network Policy:

• 允许 default namespace 中带有 role=myfront 标签的 Pod 访问 default namespace 中带有 role=mydb 标签 Pod 的 6379 端口
• 允许带有 project=myprojects 标签的 namespace 中所有 Pod 访问 default namespace 中带有 role=mydb 标签 Pod 的 6379 端口

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: mydb
  ingress:
    - from:
        - namespaceSelector:
            matchLabels:
              project: myproject
        - podSelector:
            matchLabels:
              role: myfront
      ports:
        - protocol: tcp
          port: 6379

另外一个同时开启 Ingress 和 Egress 通信的策略为:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: mydb
  policyTypes:
    - Ingress
    - Egress
  ingress:
    - from:
        - ipBlock:
            cidr: 192.168.0.0/16
            except:
              - 192.168.1.0/24
        - namespaceSelector:
            matchLabels:
              project: myproject
        - podSelector:
            matchLabels:
              role: myfront
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 6379
  egress:
    - to:
        - ipBlock:
            cidr: 10.1.0.0/24
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 5978

它用来隔离 default namespace 中带有 role=mydb 标签的 Pod：

• 允许 default namespace 中带有 role=myfront 标签的 Pod 访问 default namespace 中带有 role=mydb 标签 Pod 的 6379 端口
• 允许带有 project=myprojects 标签的 namespace 中所有 Pod 访问 default namespace 中带有 role=mydb 标签 Pod 的 6379 端口
• 允许 default namespace 中带有 role=mydb 标签的 Pod 访问 10.1.0.0/24 网段的 TCP 5987 端口

使用场景

禁止访问指定服务

kubectl run web --image=nginx --labels app=web,env=prod --expose --port 80

网络策略如下:

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: web-deny-all
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
      env: prod

只允许指定 Pod 访问服务

kubectl run apiserver --image=nginx --labels app=bookstore,role=api --expose --port 80

网络策略如下:

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: api-allow
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: bookstore
      role: api
  ingress:
  - from:
      - podSelector:
          matchLabels:
            app: bookstore

禁止 namespace 中所有 Pod 之间的相互访问

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

禁止其他 namespace 访问服务

kubectl create namespace secondary
kubectl run web --namespace secondary --image=nginx \
    --labels=app=web --expose --port 80

网络策略配置如下：

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: secondary
  name: web-deny-other-namespaces
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
  ingress:
  - from:
    - podSelector: {}

此策略可以确保即使没有被其他任何 NetworkPolicy 选择的 Pod 也不会被允许流出流量。 此策略不会更改任何 Pod 的入站流量隔离行为。

只允许指定 namespace 访问服务

kubectl run web --image=nginx \
    --labels=app=web --expose --port 80

网络策略如下：

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: web-allow-prod
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
  ingress:
    - from:
        - namespaceSelector:
            matchLabels:
              purpose: production

允许外网访问服务

kubectl run web --image=nginx --labels=app=web --port 80
kubectl expose deployment/web --type=LoadBalancer

网络策略如下：

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: web-allow-external
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
  ingress:
    - ports:
        - port: 80
      from: []

有了这个策略，任何额外的策略都不会导致来自这些 Pod 的任何出站连接被拒绝。 此策略对进入任何 Pod 的隔离没有影响。
以上这些使用场景的 YAML 配置定义就不再赘述了，有不明白的地方可以看下我之前的文章。

总结

Kubernetes 中的 NetworkPolicy 是一个非常重要的特性，可以控制容器网络的流量和安全，确保应用程序的可靠性和安全性。

为了更好地使用它，需要对其有一定的理解并遵循相应的配置和管理规则。