Kubernetes'i võrgundus: Süvavaade CNI pistikprogrammidesse

Kubernetes on revolutsioneerinud konteinerite orkestreerimist, võimaldades rakenduste laiaulatuslikku kasutuselevõttu ja haldamist. Kubernetes'i võrgunduse südames on Container Network Interface (CNI), standardliides, mis võimaldab Kubernetes'il töötada erinevate võrgulahendustega. CNI pistikprogrammide mõistmine on kriitilise tähtsusega robustsete ja skaleeruvate Kubernetes'i keskkondade ehitamisel. See põhjalik juhend uurib CNI pistikprogramme detailselt, käsitledes nende rolli, populaarseid valikuid, konfigureerimist ja parimaid praktikaid.

Mis on Container Network Interface (CNI)?

Container Network Interface (CNI) on Cloud Native Computing Foundationi (CNCF) poolt välja töötatud spetsifikatsioon Linuxi konteinerite võrguliideste konfigureerimiseks. See pakub standardset API-d, mis võimaldab Kubernetes'il suhelda erinevate võrgupakkujatega. See standardimine muudab Kubernetes'i väga paindlikuks ja võimaldab kasutajatel valida nende vajadustele kõige paremini sobiva võrgulahenduse.

CNI pistikprogrammid vastutavad järgmiste ülesannete eest:

Võrguressursside eraldamine: IP-aadresside ja muude võrguparameetrite määramine pod'idele.
Konteineri võrgu konfigureerimine: Võrguliideste seadistamine konteineri sees.
Konteinerite ühendamine võrguga: Konteinerite integreerimine üldisesse Kubernetes'i võrku.
Võrguressursside puhastamine: Ressursside vabastamine, kui pod'id lõpetatakse.

Kuidas CNI pistikprogrammid töötavad

Kui Kubernetes'is luuakse uus pod, kutsub kubelet (agent, mis töötab igas sõlmes) välja CNI pistikprogrammi, et konfigureerida pod'i võrk. Protsess hõlmab tavaliselt järgmisi samme:

Kubelet saab taotluse pod'i loomiseks.
Kubelet määrab klastri konfiguratsiooni põhjal, millist CNI pistikprogrammi kasutada.
Kubelet kutsub välja CNI pistikprogrammi, edastades teavet pod'i kohta, näiteks selle nimeruumi, nime ja sildid.
CNI pistikprogramm eraldab pod'ile IP-aadressi eelnevalt määratletud IP-aadresside vahemikust.
CNI pistikprogramm loob hostisõlmele virtuaalse võrguliidese (veth-paari). Üks veth-paari ots on ühendatud pod'i võrgu nimeruumiga ja teine ots jääb hosti võrgu nimeruumi.
CNI pistikprogramm konfigureerib pod'i võrgu nimeruumi, seadistades IP-aadressi, lüüsi ja marsruudid.
CNI pistikprogramm uuendab hostisõlme marsruutimistabeleid, et tagada pod'i liikluse korrektne suunamine.

Populaarsed CNI pistikprogrammid

Saadaval on mitu CNI pistikprogrammi, millest igaühel on oma omadused, eelised ja puudused. Siin on mõned kõige populaarsemad CNI pistikprogrammid:

Calico

Ülevaade: Calico on laialdaselt kasutatav CNI pistikprogramm, mis pakub skaleeruvat ja turvalist võrgulahendust Kubernetes'ile. See toetab nii ülekatte- kui ka mitteülekattevõrgu mudeleid ning pakub täiustatud võrgupoliitika funktsioone.

Põhijooned:

Võrgupoliitika: Calico võrgupoliitika mootor võimaldab teil määratleda pod'ide jaoks peeneteralisi juurdepääsukontrolli reegleid. Need poliitikad võivad põhineda pod'i siltidel, nimeruumidel ja muudel kriteeriumidel.
BGP marsruutimine: Calico saab kasutada BGP-d (Border Gateway Protocol), et reklaamida pod'ide IP-aadresse alusvõrgu infrastruktuurile. See välistab vajaduse ülekattevõrkude järele ja parandab jõudlust.
IP-aadresside haldus (IPAM): Calico sisaldab oma IPAM-süsteemi, mis eraldab automaatselt IP-aadresse pod'idele.
Krüpteerimine: Calico toetab võrguliikluse krüpteerimist WireGuard'i või IPsec'i abil.

Kasutusnäide: Finantsasutus, mis kasutab Calicot, et jõustada rangeid turvapoliitikaid oma Kubernetes'i klastri erinevate mikroteenuste vahel. Näiteks takistades otsest suhtlust esiotsa ja andmebaasi pod'ide vahel, sundides kogu andmebaasi juurdepääsu läbi spetsiaalse API-kihi.

Flannel

Ülevaade: Flannel on lihtne ja kerge CNI pistikprogramm, mis loob Kubernetes'ile ülekattevõrgu. Seda on lihtne seadistada ja konfigureerida, mis teeb sellest populaarse valiku väiksemate juurutuste jaoks või kasutajatele, kes on Kubernetes'i võrgundusega alles alustamas.

Põhijooned:

Ülekattevõrk: Flannel loob virtuaalse võrgu olemasoleva võrguinfrastruktuuri peale. Pod'id suhtlevad omavahel selle ülekattevõrgu kaudu.
Lihtne konfigureerimine: Flannelit on lihtne konfigureerida ja see nõuab minimaalset seadistamist.
Mitu taustaprogrammi: Flannel toetab ülekattevõrgu jaoks erinevaid taustaprogramme, sealhulgas VXLAN, host-gw ja UDP.

Kasutusnäide: Idufirma, mis kasutab Flannelit oma esialgseks Kubernetes'i juurutamiseks selle lihtsuse ja seadistamise kerguse tõttu. Nad eelistavad rakenduse kiiret käivitamist täiustatud võrgundusfunktsioonidele.

Weave Net

Ülevaade: Weave Net on teine populaarne CNI pistikprogramm, mis loob Kubernetes'ile ülekattevõrgu. See pakub mitmesuguseid funktsioone, sealhulgas automaatne IP-aadresside haldus, võrgupoliitika ja krüpteerimine.

Põhijooned:

Automaatne IP-aadresside haldus: Weave Net määrab automaatselt pod'idele IP-aadresse ja haldab IP-aadresside vahemikku.
Võrgupoliitika: Weave Net võimaldab teil määratleda võrgupoliitikaid liikluse kontrollimiseks pod'ide vahel.
Krüpteerimine: Weave Net toetab võrguliikluse krüpteerimist AES-GCM abil.
Teenuse avastamine: Weave Net pakub sisseehitatud teenuse avastamist, mis võimaldab pod'idel üksteist kergesti leida ja ühendust luua.

Kasutusnäide: Tarkvaraarendusettevõte, mis kasutab Weave Net'i oma arendus- ja testimiskeskkondade jaoks. Automaatne IP-aadresside haldus ja teenuse avastamise funktsioonid lihtsustavad rakenduste juurutamist ja haldamist nendes keskkondades.

Cilium

Ülevaade: Cilium on CNI pistikprogramm, mis kasutab eBPF-i (extended Berkeley Packet Filter), et pakkuda Kubernetes'ile suure jõudlusega võrgundust ja turvalisust. See pakub täiustatud funktsioone, nagu võrgupoliitika, koormuse tasakaalustamine ja jälgitavus.

Põhijooned:

eBPF-põhine võrgundus: Cilium kasutab eBPF-i võrgundus- ja turvapoliitikate rakendamiseks kerneli tasemel. See tagab suure jõudluse ja madala lisakoormuse.
Võrgupoliitika: Cilium toetab täiustatud võrgupoliitika funktsioone, sealhulgas L7-poliitika jõustamist.
Koormuse tasakaalustamine: Cilium pakub sisseehitatud koormuse tasakaalustamist Kubernetes'i teenuste jaoks.
Jälgitavus: Cilium pakub üksikasjalikku ülevaadet võrguliiklusest, mis võimaldab teil võrguprobleeme jälgida ja tõrkeotsingut teha.

Kasutusnäide: Suur e-kaubanduse ettevõte, mis kasutab Ciliumit suurte liiklusmahtude käsitlemiseks ja rangete turvapoliitikate jõustamiseks. eBPF-põhine võrgundus ja koormuse tasakaalustamise võimalused tagavad optimaalse jõudluse, samas kui täiustatud võrgupoliitika funktsioonid kaitsevad potentsiaalsete ohtude eest.

Õige CNI pistikprogrammi valimine

Sobiva CNI pistikprogrammi valimine sõltub teie Kubernetes'i keskkonna spetsiifilistest nõuetest. Kaaluge järgmisi tegureid:

Skaleeruvus: Kas CNI pistikprogramm suudab toime tulla oodatava arvu pod'ide ja sõlmedega teie klastris?
Turvalisus: Kas CNI pistikprogramm pakub vajalikke turvafunktsioone, nagu võrgupoliitika ja krüpteerimine?
Jõudlus: Kas CNI pistikprogramm pakub teie rakenduste jaoks vastuvõetavat jõudlust?
Kasutusmugavus: Kui lihtne on CNI pistikprogrammi seadistada, konfigureerida ja hooldada?
Funktsioonid: Kas CNI pistikprogramm pakub vajalikke funktsioone, nagu IP-aadresside haldus, teenuse avastamine ja jälgitavus?
Kogukonna tugi: Kas CNI pistikprogrammi hooldatakse aktiivselt ja toetab tugev kogukond?

Lihtsate juurutuste jaoks võib Flannelist piisata. Keerukamate keskkondade puhul, kus on ranged turvanõuded, võivad Calico või Cilium olla paremad valikud. Weave Net pakub head tasakaalu funktsioonide ja kasutusmugavuse vahel. Hinnake oma spetsiifilisi vajadusi ja valige CNI pistikprogramm, mis sobib teie nõuetega kõige paremini.

CNI pistikprogrammide konfigureerimine

CNI pistikprogramme konfigureeritakse tavaliselt CNI konfiguratsioonifaili abil, mis on JSON-fail, mis määrab pistikprogrammi sätted. CNI konfiguratsioonifaili asukoht määratakse kubeleti --cni-conf-dir lipuga. Vaikimisi on see lipp seatud väärtusele /etc/cni/net.d.

CNI konfiguratsioonifail sisaldab järgmist teavet:

cniVersion: CNI spetsifikatsiooni versioon.
name: Võrgu nimi.
type: Kasutatava CNI pistikprogrammi nimi.
capabilities: Pistikprogrammi toetatud võimekuste loend.
ipam: IP-aadresside halduse konfiguratsioon.
plugins: (Valikuline) Täiendavate käivitatavate CNI pistikprogrammide loend.

Siin on näide CNI konfiguratsioonifailist Flanneli jaoks:

{
  "cniVersion": "0.3.1",
  "name": "mynet",
  "type": "flannel",
  "delegate": {
    "hairpinMode": true,
    "isDefaultGateway": true
  }
}

See konfiguratsioonifail ütleb Kubernetes'ile, et ta kasutaks Flanneli CNI pistikprogrammi võrgu nimega "mynet" loomiseks. delegate jaotis määrab Flanneli pistikprogrammi jaoks täiendavaid konfiguratsioonivalikuid.

Spetsiifilised konfiguratsioonivalikud varieeruvad sõltuvalt kasutatavast CNI pistikprogrammist. Täpsema teabe saamiseks saadaolevate konfiguratsioonivalikute kohta vaadake oma valitud CNI pistikprogrammi dokumentatsiooni.

CNI pistikprogrammide parimad praktikad

Järgige neid parimaid praktikaid, et tagada robustne ja skaleeruv Kubernetes'i võrgukeskkond:

Valige õige CNI pistikprogramm: Valige CNI pistikprogramm, mis sobib kõige paremini teie spetsiifiliste nõuetega, arvestades selliseid tegureid nagu skaleeruvus, turvalisus, jõudlus ja kasutusmugavus.
Kasutage võrgupoliitikaid: Rakendage võrgupoliitikaid, et kontrollida liiklust pod'ide vahel ja jõustada turvapiire.
Jälgige võrgu jõudlust: Kasutage jälgimisvahendeid võrgu jõudluse jälgimiseks ja võimalike probleemide tuvastamiseks.
Hoidke CNI pistikprogrammid ajakohased: Uuendage regulaarselt oma CNI pistikprogramme, et saada kasu veaparandustest, turvapaikadest ja uutest funktsioonidest.
Kasutage spetsiaalset IP-aadresside vahemikku: Eraldage oma Kubernetes'i pod'idele spetsiaalne IP-aadresside vahemik, et vältida konflikte teiste võrkudega.
Planeerige skaleeruvust: Kujundage oma võrguinfrastruktuur tulevase kasvu jaoks ja veenduge, et teie CNI pistikprogramm suudab toime tulla kasvava arvu pod'ide ja sõlmedega.

CNI pistikprogrammide tõrkeotsing

Võrguprobleemid võivad olla keerulised ja väljakutsuvad tõrkeotsinguks. Siin on mõned levinud probleemid ja kuidas neile läheneda:

Pod ei saa ühendust teiste pod'idega:
- Kontrollige võrgupoliitikaid: Veenduge, et võrgupoliitikad ei blokeeriks liiklust.
- Kontrollige marsruutimistabeleid: Veenduge, et hostisõlmede marsruutimistabelid on õigesti konfigureeritud.
- Kontrollige DNS-i lahendamist: Veenduge, et DNS-i lahendamine töötab klastris õigesti.
- Uurige CNI logisid: Kontrollige CNI pistikprogrammi logisid vigade või hoiatuste osas.
Pod ei saa ühendust väliste teenustega:
- Kontrollige väljamineva liikluse reegleid: Veenduge, et väljamineva liikluse reeglid on õigesti konfigureeritud, et lubada liiklust välistesse teenustesse.
- Kontrollige DNS-i lahendamist: Veenduge, et DNS-i lahendamine töötab väliste domeenide jaoks õigesti.
- Kontrollige tulemüüri reegleid: Veenduge, et tulemüüri reeglid ei blokeeriks liiklust.
Võrgu jõudlusprobleemid:
- Jälgige võrguliiklust: Kasutage jälgimisvahendeid võrguliikluse jälgimiseks ja kitsaskohtade tuvastamiseks.
- Kontrollige võrgu latentsust: Mõõtke võrgu latentsust pod'ide ja sõlmede vahel.
- Optimeerige võrgukonfiguratsiooni: Optimeerige võrgukonfiguratsiooni jõudluse parandamiseks.

CNI ja teenusvõrgud

Kuigi CNI pistikprogrammid tegelevad pod'ide põhivõrgundusega, pakuvad teenusvõrgud täiendava funktsionaalsuse kihi mikroteenuste haldamiseks ja turvamiseks. Teenusvõrgud nagu Istio, Linkerd ja Consul Connect töötavad koos CNI pistikprogrammidega, et pakkuda selliseid funktsioone nagu:

Liikluse haldamine: Marsruutimine, koormuse tasakaalustamine ja liikluse kujundamine.
Turvalisus: Vastastikune TLS-autentimine, autoriseerimine ja krüpteerimine.
Jälgitavus: Mõõdikud, jälgimine ja logimine.

Teenusvõrgud süstivad tavaliselt igasse pod'i külgkorvi-puhverserveri (sidecar proxy), mis pealt kuulab kogu võrguliiklust ja rakendab teenusvõrgu poliitikaid. CNI pistikprogramm vastutab külgkorvi-puhverserveri põhilise võrguühenduse loomise eest, samal ajal kui teenusvõrk tegeleb keerukamate liikluse haldamise ja turvafunktsioonidega. Kaaluge teenusvõrke keerukate mikroteenuste arhitektuuride jaoks, et parandada turvalisust, jälgitavust ja kontrolli.

Kubernetes'i võrgunduse tulevik

Kubernetes'i võrgundus areneb pidevalt, uute tehnoloogiate ja funktsioonide ilmumisega. Mõned peamised suundumused Kubernetes'i võrgunduses hõlmavad:

eBPF: eBPF muutub üha populaarsemaks võrgundus- ja turvapoliitikate rakendamiseks Kubernetes'is tänu oma suurele jõudlusele ja madalale lisakoormusele.
Teenusvõrgu integreerimine: CNI pistikprogrammide ja teenusvõrkude tihedam integreerimine peaks veelgi lihtsustama mikroteenuste haldamist ja turvamist.
Mitme klastri võrgundus: Kuna organisatsioonid võtavad üha enam kasutusele mitme klastri arhitektuure, muutuvad võrkude ühendamise ja haldamise lahendused mitme Kubernetes'i klastri vahel olulisemaks.
Pilvepõhised võrgufunktsioonid (CNF-id): Kubernetes'i kasutamine võrgufunktsioonide juurutamiseks ja haldamiseks kogub hoogu, ajendatuna 5G ja muude arenenud võrgutehnoloogiate kasutuselevõtust.

Kokkuvõte

CNI pistikprogrammide mõistmine on hädavajalik robustsete ja skaleeruvate Kubernetes'i keskkondade ehitamiseks ja haldamiseks. Valides õige CNI pistikprogrammi, konfigureerides selle õigesti ja järgides parimaid praktikaid, saate tagada, et teie Kubernetes'i rakendustel on edu saavutamiseks vajalik võrguühendus ja turvalisus. Kuna Kubernetes'i võrgundus jätkab arenemist, on viimaste suundumuste ja tehnoloogiatega kursis olemine ülioluline selle võimsa konteinerite orkestreerimisplatvormi eeliste maksimeerimiseks. Alates väikestest juurutustest kuni suurte, mitut kontinenti hõlmavate ettevõttekeskkondadeni avab CNI pistikprogrammide valdamine Kubernetes'i võrgunduse tõelise potentsiaali.