شبکه‌بندی کوبرنتیز: نگاهی عمیق به پلاگین‌های CNI

کوبرنتیز ارکستراسیون کانتینرها را متحول کرده و استقرار و مدیریت برنامه‌ها در مقیاس بزرگ را امکان‌پذیر ساخته است. در قلب شبکه‌بندی کوبرنتیز، رابط شبکه کانتینر (CNI) قرار دارد؛ یک رابط استاندارد که به کوبرنتیز اجازه می‌دهد با انواع راه‌حل‌های شبکه‌بندی کار کند. درک پلاگین‌های CNI برای ساخت محیط‌های کوبرنتیز قوی و مقیاس‌پذیر حیاتی است. این راهنمای جامع به بررسی دقیق پلاگین‌های CNI، نقش آن‌ها، گزینه‌های محبوب، پیکربندی و بهترین شیوه‌ها می‌پردازد.

رابط شبکه کانتینر (CNI) چیست؟

رابط شبکه کانتینر (CNI) یک مشخصه است که توسط بنیاد محاسبات ابری بومی (CNCF) برای پیکربندی رابط‌های شبکه برای کانتینرهای لینوکس توسعه یافته است. این رابط یک API استاندارد فراهم می‌کند که به کوبرنتیز اجازه می‌دهد با ارائه‌دهندگان مختلف شبکه‌بندی تعامل داشته باشد. این استانداردسازی، کوبرنتیز را بسیار انعطاف‌پذیر می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد راه‌حل شبکه‌ای را انتخاب کنند که به بهترین وجه با نیازهایشان مطابقت دارد.

پلاگین‌های CNI مسئول وظایف زیر هستند:

• تخصیص منابع شبکه: اختصاص آدرس‌های IP و سایر پارامترهای شبکه به پادها.
• پیکربندی شبکه کانتینر: راه‌اندازی رابط‌های شبکه در داخل کانتینر.
• اتصال کانتینرها به شبکه: یکپارچه‌سازی کانتینرها با شبکه کلی کوبرنتیز.
• پاک‌سازی منابع شبکه: آزاد کردن منابع هنگام خاتمه یافتن پادها.

پلاگین‌های CNI چگونه کار می‌کنند

هنگامی که یک پاد جدید در کوبرنتیز ایجاد می‌شود، kubelet (عاملی که روی هر نود اجرا می‌شود) پلاگین CNI را برای پیکربندی شبکه پاد فراخوانی می‌کند. این فرآیند معمولاً شامل مراحل زیر است:

1. kubelet درخواستی برای ایجاد یک پاد دریافت می‌کند.
2. kubelet بر اساس پیکربندی کلاستر، تعیین می‌کند که از کدام پلاگین CNI استفاده شود.
3. kubelet پلاگین CNI را فراخوانی کرده و اطلاعاتی در مورد پاد، مانند فضای نام، نام و برچسب‌های آن را ارائه می‌دهد.
4. پلاگین CNI یک آدرس IP برای پاد از یک محدوده آدرس IP از پیش تعریف شده تخصیص می‌دهد.
5. پلاگین CNI یک رابط شبکه مجازی (جفت veth) روی نود میزبان ایجاد می‌کند. یک سر جفت veth به فضای نام شبکه پاد متصل می‌شود و سر دیگر در فضای نام شبکه میزبان باقی می‌ماند.
6. پلاگین CNI فضای نام شبکه پاد را پیکربندی کرده و آدرس IP، گیت‌وی و مسیرها را تنظیم می‌کند.
7. پلاگین CNI جداول مسیریابی روی نود میزبان را به‌روزرسانی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که ترافیک به و از پاد به درستی مسیریابی می‌شود.

پلاگین‌های محبوب CNI

چندین پلاگین CNI در دسترس است که هر کدام ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. در اینجا برخی از محبوب‌ترین پلاگین‌های CNI آورده شده است:

Calico

مرور کلی: Calico یک پلاگین CNI پرکاربرد است که یک راه‌حل شبکه‌بندی مقیاس‌پذیر و امن برای کوبرنتیز فراهم می‌کند. این پلاگین از هر دو مدل شبکه‌بندی overlay و non-overlay پشتیبانی می‌کند و ویژگی‌های پیشرفته سیاست شبکه را ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های کلیدی:

• سیاست شبکه: موتور سیاست شبکه Calico به شما امکان می‌دهد قوانین کنترل دسترسی دقیق برای پادها تعریف کنید. این سیاست‌ها می‌توانند بر اساس برچسب‌های پاد، فضاهای نام و معیارهای دیگر باشند.
• مسیریابی BGP: Calico می‌تواند از BGP (پروتکل دروازه مرزی) برای تبلیغ آدرس‌های IP پاد به زیرساخت شبکه زیرین استفاده کند. این کار نیاز به شبکه‌های overlay را از بین می‌برد و عملکرد را بهبود می‌بخشد.
• مدیریت آدرس IP (IPAM): Calico شامل سیستم IPAM خود است که به طور خودکار آدرس‌های IP را به پادها تخصیص می‌دهد.
• رمزنگاری: Calico از رمزنگاری ترافیک شبکه با استفاده از WireGuard یا IPsec پشتیبانی می‌کند.

مثال کاربردی: یک موسسه مالی از Calico برای اجرای سیاست‌های امنیتی سختگیرانه بین میکروسرویس‌های مختلف در کلاستر کوبرنتیز خود استفاده می‌کند. به عنوان مثال، جلوگیری از ارتباط مستقیم بین پادهای frontend و پایگاه داده و الزام تمام دسترسی‌ها به پایگاه داده از طریق یک لایه API اختصاصی.

Flannel

مرور کلی: Flannel یک پلاگین CNI ساده و سبک است که یک شبکه overlay برای کوبرنتیز ایجاد می‌کند. راه‌اندازی و پیکربندی آن آسان است، که آن را به گزینه‌ای محبوب برای استقرارهای کوچکتر یا برای کاربرانی که با شبکه‌بندی کوبرنتیز تازه آشنا شده‌اند، تبدیل می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی:

• شبکه Overlay: Flannel یک شبکه مجازی بر روی زیرساخت شبکه موجود ایجاد می‌کند. پادها از طریق این شبکه overlay با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
• پیکربندی ساده: Flannel برای پیکربندی آسان است و به حداقل راه‌اندازی نیاز دارد.
• چندین Backend: Flannel از backendهای مختلفی برای شبکه overlay پشتیبانی می‌کند، از جمله VXLAN، host-gw و UDP.

مثال کاربردی: یک استارتاپ به دلیل سادگی و سهولت پیکربندی، از Flannel برای استقرار اولیه کوبرنتیز خود استفاده می‌کند. آنها اجرای سریع برنامه خود را بر ویژگی‌های پیشرفته شبکه‌بندی ترجیح می‌دهند.

Weave Net

مرور کلی: Weave Net یکی دیگر از پلاگین‌های محبوب CNI است که یک شبکه overlay برای کوبرنتیز ایجاد می‌کند. این پلاگین طیف وسیعی از ویژگی‌ها از جمله مدیریت خودکار آدرس IP، سیاست شبکه و رمزنگاری را ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های کلیدی:

• مدیریت خودکار آدرس IP: Weave Net به طور خودکار آدرس‌های IP را به پادها اختصاص می‌دهد و محدوده آدرس IP را مدیریت می‌کند.
• سیاست شبکه: Weave Net به شما امکان می‌دهد سیاست‌های شبکه را برای کنترل ترافیک بین پادها تعریف کنید.
• رمزنگاری: Weave Net از رمزنگاری ترافیک شبکه با استفاده از AES-GCM پشتیبانی می‌کند.
• کشف سرویس: Weave Net کشف سرویس داخلی را فراهم می‌کند که به پادها اجازه می‌دهد به راحتی یکدیگر را پیدا کرده و به هم متصل شوند.

مثال کاربردی: یک شرکت توسعه نرم‌افزار از Weave Net برای محیط‌های توسعه و تست خود استفاده می‌کند. ویژگی‌های مدیریت خودکار آدرس IP و کشف سرویس، استقرار و مدیریت برنامه‌ها را در این محیط‌ها ساده می‌کند.

Cilium

مرور کلی: Cilium یک پلاگین CNI است که از eBPF (فیلتر بسته توسعه‌یافته برکلی) برای ارائه شبکه‌بندی و امنیت با کارایی بالا برای کوبرنتیز استفاده می‌کند. این پلاگین ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند سیاست شبکه، تعادل بار و قابلیت مشاهده را ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های کلیدی:

• شبکه‌بندی مبتنی بر eBPF: Cilium از eBPF برای پیاده‌سازی سیاست‌های شبکه‌بندی و امنیتی در سطح هسته سیستم‌عامل استفاده می‌کند. این کار عملکرد بالا و سربار کم را فراهم می‌کند.
• سیاست شبکه: Cilium از ویژگی‌های پیشرفته سیاست شبکه، از جمله اجرای سیاست در لایه ۷ (L7) پشتیبانی می‌کند.
• تعادل بار: Cilium تعادل بار داخلی برای سرویس‌های کوبرنتیز فراهم می‌کند.
• قابلیت مشاهده (Observability): Cilium قابلیت مشاهده دقیقی از ترافیک شبکه فراهم می‌کند که به شما امکان می‌دهد مسائل شبکه را نظارت و عیب‌یابی کنید.

مثال کاربردی: یک شرکت بزرگ تجارت الکترونیک از Cilium برای مدیریت حجم بالای ترافیک و اجرای سیاست‌های امنیتی سختگیرانه استفاده می‌کند. قابلیت‌های شبکه‌بندی مبتنی بر eBPF و تعادل بار، عملکرد بهینه را تضمین می‌کنند، در حالی که ویژگی‌های پیشرفته سیاست شبکه از تهدیدات احتمالی محافظت می‌کنند.

انتخاب پلاگین CNI مناسب

انتخاب پلاگین CNI مناسب به نیازهای خاص محیط کوبرنتیز شما بستگی دارد. عوامل زیر را در نظر بگیرید:

• مقیاس‌پذیری: آیا پلاگین CNI می‌تواند تعداد مورد انتظار پادها و نودها در کلاستر شما را مدیریت کند؟
• امنیت: آیا پلاگین CNI ویژگی‌های امنیتی لازم مانند سیاست شبکه و رمزنگاری را فراهم می‌کند؟
• عملکرد: آیا پلاگین CNI عملکرد قابل قبولی برای برنامه‌های شما ارائه می‌دهد؟
• سهولت استفاده: راه‌اندازی، پیکربندی و نگهداری پلاگین CNI چقدر آسان است؟
• ویژگی‌ها: آیا پلاگین CNI ویژگی‌های مورد نیاز شما مانند مدیریت آدرس IP، کشف سرویس و قابلیت مشاهده را فراهم می‌کند؟
• پشتیبانی جامعه: آیا پلاگین CNI به طور فعال توسط یک جامعه قوی نگهداری و پشتیبانی می‌شود؟

برای استقرارهای ساده، Flannel ممکن است کافی باشد. برای محیط‌های پیچیده‌تر با الزامات امنیتی سختگیرانه، Calico یا Cilium ممکن است گزینه‌های بهتری باشند. Weave Net تعادل خوبی بین ویژگی‌ها و سهولت استفاده فراهم می‌کند. نیازهای خاص خود را ارزیابی کرده و پلاگین CNI را انتخاب کنید که به بهترین وجه با الزامات شما مطابقت دارد.

پیکربندی پلاگین‌های CNI

پلاگین‌های CNI معمولاً با استفاده از یک فایل پیکربندی CNI پیکربندی می‌شوند، که یک فایل JSON است که تنظیمات پلاگین را مشخص می‌کند. مکان فایل پیکربندی CNI توسط فلگ --cni-conf-dir در kubelet تعیین می‌شود. به طور پیش‌فرض، این فلگ روی /etc/cni/net.d تنظیم شده است.

فایل پیکربندی CNI شامل اطلاعات زیر است:

• cniVersion: نسخه مشخصه CNI.
• name: نام شبکه.
• type: نام پلاگین CNI مورد استفاده.
• capabilities: لیستی از قابلیت‌های پشتیبانی شده توسط پلاگین.
• ipam: پیکربندی برای مدیریت آدرس IP.
• plugins: (اختیاری) لیستی از پلاگین‌های CNI اضافی برای اجرا.

در اینجا نمونه‌ای از یک فایل پیکربندی CNI برای Flannel آورده شده است:

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

این فایل پیکربندی به کوبرنتیز می‌گوید که از پلاگین Flannel CNI برای ایجاد شبکه‌ای به نام "mynet" استفاده کند. بخش delegate گزینه‌های پیکربندی اضافی برای پلاگین Flannel را مشخص می‌کند.

گزینه‌های پیکربندی خاص بسته به پلاگین CNI مورد استفاده متفاوت است. برای اطلاعات دقیق در مورد گزینه‌های پیکربندی موجود، به مستندات پلاگین CNI انتخابی خود مراجعه کنید.

بهترین شیوه‌ها برای پلاگین‌های CNI

برای اطمینان از یک محیط شبکه‌بندی قوی و مقیاس‌پذیر در کوبرنتیز، این بهترین شیوه‌ها را دنبال کنید:

• پلاگین CNI مناسب را انتخاب کنید: پلاگینی را انتخاب کنید که به بهترین وجه با نیازهای خاص شما مطابقت دارد، با در نظر گرفتن عواملی مانند مقیاس‌پذیری، امنیت، عملکرد و سهولت استفاده.
• از سیاست‌های شبکه استفاده کنید: سیاست‌های شبکه را برای کنترل ترافیک بین پادها و اجرای مرزهای امنیتی پیاده‌سازی کنید.
• عملکرد شبکه را نظارت کنید: از ابزارهای نظارتی برای ردیابی عملکرد شبکه و شناسایی مشکلات احتمالی استفاده کنید.
• پلاگین‌های CNI را به‌روز نگه دارید: به طور منظم پلاگین‌های CNI خود را برای بهره‌مندی از رفع اشکالات، وصله‌های امنیتی و ویژگی‌های جدید به‌روزرسانی کنید.
• از یک محدوده آدرس IP اختصاصی استفاده کنید: یک محدوده آدرس IP اختصاصی برای پادهای کوبرنتیز خود تخصیص دهید تا از تداخل با شبکه‌های دیگر جلوگیری شود.
• برای مقیاس‌پذیری برنامه‌ریزی کنید: زیرساخت شبکه خود را طوری طراحی کنید که رشد آینده را در نظر بگیرد و اطمینان حاصل کنید که پلاگین CNI شما می‌تواند از عهده تعداد رو به افزایش پادها و نودها برآید.

عیب‌یابی پلاگین‌های CNI

مشکلات شبکه‌بندی می‌توانند پیچیده و چالش‌برانگیز برای عیب‌یابی باشند. در اینجا برخی از مشکلات رایج و نحوه برخورد با آنها آورده شده است:

• پاد نمی‌تواند به پادهای دیگر متصل شود:
  • سیاست‌های شبکه را بررسی کنید: اطمینان حاصل کنید که سیاست‌های شبکه ترافیک را مسدود نمی‌کنند.
  • جداول مسیریابی را تأیید کنید: بررسی کنید که جداول مسیریابی روی نودهای میزبان به درستی پیکربندی شده باشند.
  • تفکیک نام DNS را بررسی کنید: اطمینان حاصل کنید که تفکیک نام DNS در داخل کلاستر به درستی کار می‌کند.
  • لاگ‌های CNI را بررسی کنید: لاگ‌های پلاگین CNI را برای هرگونه خطا یا هشدار بررسی کنید.
• پاد نمی‌تواند به سرویس‌های خارجی متصل شود:
  • قوانین خروجی (egress) را بررسی کنید: اطمینان حاصل کنید که قوانین خروجی برای اجازه دادن ترافیک به سرویس‌های خارجی به درستی پیکربندی شده‌اند.
  • تفکیک نام DNS را تأیید کنید: اطمینان حاصل کنید که تفکیک نام DNS برای دامنه‌های خارجی به درستی کار می‌کند.
  • قوانین فایروال را بررسی کنید: تأیید کنید که قوانین فایروال ترافیک را مسدود نمی‌کنند.
• مشکلات عملکرد شبکه:
  • ترافیک شبکه را نظارت کنید: از ابزارهای نظارتی برای ردیابی ترافیک شبکه و شناسایی گلوگاه‌ها استفاده کنید.
  • تأخیر شبکه را بررسی کنید: تأخیر شبکه بین پادها و نودها را اندازه‌گیری کنید.
  • پیکربندی شبکه را بهینه‌سازی کنید: پیکربندی شبکه را برای بهبود عملکرد بهینه‌سازی کنید.

CNI و سرویس مش‌ها

در حالی که پلاگین‌های CNI شبکه‌بندی پایه پادها را مدیریت می‌کنند، سرویس مش‌ها یک لایه عملکردی اضافی برای مدیریت و ایمن‌سازی میکروسرویس‌ها فراهم می‌کنند. سرویس مش‌هایی مانند Istio، Linkerd و Consul Connect در کنار پلاگین‌های CNI کار می‌کنند تا ویژگی‌هایی مانند موارد زیر را ارائه دهند:

• مدیریت ترافیک: مسیریابی، تعادل بار و شکل‌دهی ترافیک.
• امنیت: احراز هویت متقابل TLS، مجوزدهی و رمزنگاری.
• قابلیت مشاهده: معیارها، ردیابی و لاگ‌گیری.

سرویس مش‌ها معمولاً یک پروکسی سایدکار را به هر پاد تزریق می‌کنند که تمام ترافیک شبکه را رهگیری کرده و سیاست‌های سرویس مش را اعمال می‌کند. پلاگین CNI مسئول راه‌اندازی اتصال شبکه پایه برای پروکسی سایدکار است، در حالی که سرویس مش ویژگی‌های پیشرفته‌تر مدیریت ترافیک و امنیت را بر عهده دارد. برای معماری‌های میکروسرویس پیچیده، سرویس مش‌ها را برای افزایش امنیت، قابلیت مشاهده و کنترل در نظر بگیرید.

آینده شبکه‌بندی کوبرنتیز

شبکه‌بندی کوبرنتیز به طور مداوم در حال تحول است و فناوری‌ها و ویژگی‌های جدید همیشه در حال ظهور هستند. برخی از روندهای کلیدی در شبکه‌بندی کوبرنتیز عبارتند از:

• eBPF: eBPF به دلیل عملکرد بالا و سربار کم، برای پیاده‌سازی سیاست‌های شبکه‌بندی و امنیتی در کوبرنتیز به طور فزاینده‌ای محبوب می‌شود.
• یکپارچه‌سازی سرویس مش: انتظار می‌رود یکپارچگی نزدیک‌تر بین پلاگین‌های CNI و سرویس مش‌ها، مدیریت و امنیت میکروسرویس‌ها را بیش از پیش ساده کند.
• شبکه‌بندی چندکلاستری: با افزایش پذیرش معماری‌های چندکلاستری توسط سازمان‌ها، راه‌حل‌هایی برای اتصال و مدیریت شبکه‌ها در چندین کلاستر کوبرنتیز اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
• توابع شبکه ابری بومی (CNFs): استفاده از کوبرنتیز برای استقرار و مدیریت توابع شبکه، با توجه به پذیرش 5G و سایر فناوری‌های پیشرفته شبکه‌بندی، در حال افزایش است.

نتیجه‌گیری

درک پلاگین‌های CNI برای ساخت و مدیریت محیط‌های کوبرنتیز قوی و مقیاس‌پذیر ضروری است. با انتخاب پلاگین CNI مناسب، پیکربندی صحیح آن و پیروی از بهترین شیوه‌ها، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که برنامه‌های کوبرنتیز شما از اتصال شبکه و امنیت مورد نیاز برای موفقیت برخوردار هستند. با ادامه تکامل شبکه‌بندی کوبرنتیز، آگاه ماندن از آخرین روندها و فناوری‌ها برای به حداکثر رساندن مزایای این پلتفرم قدرتمند ارکستراسیون کانتینر، حیاتی خواهد بود. از استقرارهای کوچک گرفته تا محیط‌های بزرگ سازمانی که چندین قاره را در بر می‌گیرند، تسلط بر پلاگین‌های CNI پتانسیل واقعی شبکه‌بندی کوبرنتیز را آزاد می‌کند.