Kubernetes umrežavanje: Dubinski pregled CNI dodataka

Kubernetes je revolucionirao orkestraciju kontejnera, omogućujući implementaciju i upravljanje aplikacijama na velikoj skali. U središtu Kubernetes umrežavanja nalazi se Container Network Interface (CNI), standardno sučelje koje omogućuje Kubernetesu rad s različitim mrežnim rješenjima. Razumijevanje CNI dodataka ključno je za izgradnju robusnih i skalabilnih Kubernetes okruženja. Ovaj sveobuhvatni vodič detaljno će istražiti CNI dodatke, pokrivajući njihovu ulogu, popularne opcije, konfiguraciju i najbolje prakse.

Što je Container Network Interface (CNI)?

Container Network Interface (CNI) je specifikacija koju je razvila Cloud Native Computing Foundation (CNCF) za konfiguriranje mrežnih sučelja za Linux kontejnere. Pruža standardni API koji omogućuje Kubernetesu interakciju s različitim pružateljima mrežnih usluga. Ova standardizacija čini Kubernetes iznimno fleksibilnim i omogućuje korisnicima da odaberu mrežno rješenje koje najbolje odgovara njihovim potrebama.

CNI dodaci su odgovorni za sljedeće zadatke:

Dodjela mrežnih resursa: Dodjeljivanje IP adresa i drugih mrežnih parametara podovima.
Konfiguracija mreže kontejnera: Postavljanje mrežnih sučelja unutar kontejnera.
Povezivanje kontejnera na mrežu: Integracija kontejnera u cjelokupnu Kubernetes mrežu.
Čišćenje mrežnih resursa: Oslobađanje resursa kada se podovi terminiraju.

Kako CNI dodaci rade

Kada se stvori novi pod u Kubernetesu, kubelet (agent koji se izvršava na svakom čvoru) poziva CNI dodatak kako bi konfigurirao mrežu poda. Proces obično uključuje sljedeće korake:

Kubelet prima zahtjev za stvaranje poda.
Kubelet određuje koji CNI dodatak koristiti na temelju konfiguracije klastera.
Kubelet poziva CNI dodatak, pružajući informacije o podu, kao što su njegov prostor imena, naziv i oznake.
CNI dodatak dodjeljuje IP adresu za pod iz unaprijed definiranog raspona IP adresa.
CNI dodatak stvara virtualno mrežno sučelje (veth par) na čvoru domaćinu. Jedan kraj veth para priključen je na mrežni prostor imena poda, a drugi kraj ostaje u mrežnom prostoru imena domaćina.
CNI dodatak konfigurira mrežni prostor imena poda, postavljajući IP adresu, pristupnik (gateway) i rute.
CNI dodatak ažurira tablice usmjeravanja na čvoru domaćinu kako bi osigurao da se promet prema i od poda ispravno usmjerava.

Popularni CNI dodaci

Dostupno je nekoliko CNI dodataka, svaki sa svojim značajkama, prednostima i nedostacima. Evo nekih od najpopularnijih CNI dodataka:

Calico

Pregled: Calico je široko korišten CNI dodatak koji pruža skalabilno i sigurno mrežno rješenje za Kubernetes. Podržava i overlay i non-overlay modele umrežavanja te nudi napredne značajke mrežne politike.

Ključne značajke:

Mrežna politika: Calicoov mehanizam za mrežne politike omogućuje definiranje preciznih pravila kontrole pristupa za podove. Te politike mogu se temeljiti na oznakama podova, prostorima imena i drugim kriterijima.
BGP usmjeravanje: Calico može koristiti BGP (Border Gateway Protocol) za oglašavanje IP adresa podova prema temeljnoj mrežnoj infrastrukturi. To eliminira potrebu za overlay mrežama i poboljšava performanse.
Upravljanje IP adresama (IPAM): Calico uključuje vlastiti IPAM sustav koji automatski dodjeljuje IP adrese podovima.
Enkripcija: Calico podržava enkripciju mrežnog prometa pomoću WireGuarda ili IPseca.

Primjer korištenja: Financijska institucija koja koristi Calico za provođenje strogih sigurnosnih politika između različitih mikroservisa unutar svog Kubernetes klastera. Na primjer, sprječavanje izravne komunikacije između frontend i database podova, te prisiljavanje cjelokupnog pristupa bazi podataka putem namjenskog API sloja.

Flannel

Pregled: Flannel je jednostavan i lagan CNI dodatak koji stvara overlay mrežu za Kubernetes. Lako ga je postaviti i konfigurirati, što ga čini popularnim izborom za manje implementacije ili za korisnike koji su novi u Kubernetes umrežavanju.

Ključne značajke:

Overlay mreža: Flannel stvara virtualnu mrežu povrh postojeće mrežne infrastrukture. Podovi komuniciraju jedni s drugima putem ove overlay mreže.
Jednostavna konfiguracija: Flannel je jednostavan za konfiguriranje i zahtijeva minimalno postavljanje.
Više pozadinskih sustava (backends): Flannel podržava različite pozadinske sustave za overlay mrežu, uključujući VXLAN, host-gw i UDP.

Primjer korištenja: Startup koji koristi Flannel za svoju početnu implementaciju Kubernetesa zbog njegove jednostavnosti i lakoće konfiguracije. Prioritet im je brzo pokretanje aplikacije umjesto naprednih mrežnih značajki.

Weave Net

Pregled: Weave Net je još jedan popularan CNI dodatak koji stvara overlay mrežu za Kubernetes. Nudi niz značajki, uključujući automatsko upravljanje IP adresama, mrežnu politiku i enkripciju.

Ključne značajke:

Automatsko upravljanje IP adresama: Weave Net automatski dodjeljuje IP adrese podovima i upravlja rasponom IP adresa.
Mrežna politika: Weave Net omogućuje definiranje mrežnih politika za kontrolu prometa između podova.
Enkripcija: Weave Net podržava enkripciju mrežnog prometa pomoću AES-GCM.
Otkrivanje servisa (Service Discovery): Weave Net pruža ugrađeno otkrivanje servisa, omogućujući podovima da se lako pronađu i povežu.

Primjer korištenja: Tvrtka za razvoj softvera koja koristi Weave Net za svoja razvojna i testna okruženja. Značajke automatskog upravljanja IP adresama i otkrivanja servisa pojednostavljuju implementaciju i upravljanje aplikacijama u tim okruženjima.

Cilium

Pregled: Cilium je CNI dodatak koji koristi eBPF (extended Berkeley Packet Filter) za pružanje visokoučinkovitog umrežavanja i sigurnosti za Kubernetes. Nudi napredne značajke kao što su mrežna politika, balansiranje opterećenja i vidljivost (observability).

Ključne značajke:

Umrežavanje temeljeno na eBPF-u: Cilium koristi eBPF za implementaciju mrežnih i sigurnosnih politika na razini kernela. To pruža visoke performanse i nisko opterećenje.
Mrežna politika: Cilium podržava napredne značajke mrežne politike, uključujući provođenje L7 politika.
Balansiranje opterećenja: Cilium pruža ugrađeno balansiranje opterećenja za Kubernetes servise.
Vidljivost (Observability): Cilium pruža detaljnu vidljivost mrežnog prometa, omogućujući vam praćenje i rješavanje mrežnih problema.

Primjer korištenja: Velika e-commerce tvrtka koja koristi Cilium za rukovanje velikim količinama prometa i provođenje strogih sigurnosnih politika. Umrežavanje temeljeno na eBPF-u i mogućnosti balansiranja opterećenja osiguravaju optimalne performanse, dok napredne značajke mrežne politike štite od potencijalnih prijetnji.

Odabir pravog CNI dodatka

Odabir odgovarajućeg CNI dodatka ovisi o specifičnim zahtjevima vašeg Kubernetes okruženja. Razmotrite sljedeće faktore:

Skalabilnost: Može li CNI dodatak podnijeti očekivani broj podova i čvorova u vašem klasteru?
Sigurnost: Pruža li CNI dodatak potrebne sigurnosne značajke, kao što su mrežna politika i enkripcija?
Performanse: Nudi li CNI dodatak prihvatljive performanse za vaše aplikacije?
Jednostavnost korištenja: Koliko je CNI dodatak jednostavan za postavljanje, konfiguriranje i održavanje?
Značajke: Pruža li CNI dodatak značajke koje trebate, kao što su upravljanje IP adresama, otkrivanje servisa i vidljivost?
Podrška zajednice: Održava li se CNI dodatak aktivno i podržava li ga snažna zajednica?

Za jednostavne implementacije, Flannel bi mogao biti dovoljan. Za složenija okruženja sa strogim sigurnosnim zahtjevima, Calico ili Cilium mogli bi biti bolji izbor. Weave Net pruža dobru ravnotežu značajki i jednostavnosti korištenja. Procijenite svoje specifične potrebe i odaberite CNI dodatak koji najbolje odgovara vašim zahtjevima.

Konfiguriranje CNI dodataka

CNI dodaci se obično konfiguriraju pomoću CNI konfiguracijske datoteke, koja je JSON datoteka koja specificira postavke dodatka. Lokacija CNI konfiguracijske datoteke određena je --cni-conf-dir zastavicom kubeleta. Prema zadanim postavkama, ova zastavica je postavljena na /etc/cni/net.d.

CNI konfiguracijska datoteka sadrži sljedeće informacije:

cniVersion: Verzija CNI specifikacije.
name: Naziv mreže.
type: Naziv CNI dodatka koji će se koristiti.
capabilities: Popis mogućnosti koje dodatak podržava.
ipam: Konfiguracija za upravljanje IP adresama.
plugins: (Opcionalno) Popis dodatnih CNI dodataka za pokretanje.

Evo primjera CNI konfiguracijske datoteke za Flannel:

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

Ova konfiguracijska datoteka govori Kubernetesu da koristi Flannel CNI dodatak za stvaranje mreže nazvane "mynet". Odjeljak delegate specificira dodatne konfiguracijske opcije za Flannel dodatak.

Specifične konfiguracijske opcije razlikuju se ovisno o korištenom CNI dodatku. Pogledajte dokumentaciju za odabrani CNI dodatak za detaljne informacije o dostupnim konfiguracijskim opcijama.

Najbolje prakse za CNI dodatke

Slijedite ove najbolje prakse kako biste osigurali robusno i skalabilno Kubernetes mrežno okruženje:

Odaberite pravi CNI dodatak: Odaberite CNI dodatak koji najbolje odgovara vašim specifičnim zahtjevima, uzimajući u obzir faktore kao što su skalabilnost, sigurnost, performanse i jednostavnost korištenja.
Koristite mrežne politike: Implementirajte mrežne politike za kontrolu prometa između podova i provođenje sigurnosnih granica.
Pratite mrežne performanse: Koristite alate za praćenje kako biste pratili performanse mreže i identificirali potencijalne probleme.
Održavajte CNI dodatke ažurnima: Redovito ažurirajte svoje CNI dodatke kako biste iskoristili ispravke grešaka, sigurnosne zakrpe i nove značajke.
Koristite namjenski raspon IP adresa: Dodijelite namjenski raspon IP adresa za svoje Kubernetes podove kako biste izbjegli sukobe s drugim mrežama.
Planirajte skalabilnost: Dizajnirajte svoju mrežnu infrastrukturu tako da može primiti budući rast i osigurajte da vaš CNI dodatak može podnijeti sve veći broj podova i čvorova.

Rješavanje problema s CNI dodacima

Mrežni problemi mogu biti složeni i izazovni za rješavanje. Evo nekih uobičajenih problema i kako im pristupiti:

Pod se ne može povezati s drugim podovima:
- Provjerite mrežne politike: Osigurajte da mrežne politike ne blokiraju promet.
- Provjerite tablice usmjeravanja: Provjerite jesu li tablice usmjeravanja na čvorovima domaćinima ispravno konfigurirane.
- Provjerite DNS rezoluciju: Osigurajte da DNS rezolucija ispravno radi unutar klastera.
- Pregledajte CNI zapisnike: Ispitajte zapisnike CNI dodatka za bilo kakve pogreške ili upozorenja.
Pod se ne može povezati s vanjskim servisima:
- Provjerite izlazna (egress) pravila: Osigurajte da su izlazna pravila ispravno konfigurirana kako bi dopustila promet prema vanjskim servisima.
- Provjerite DNS rezoluciju: Osigurajte da DNS rezolucija ispravno radi za vanjske domene.
- Provjerite pravila vatrozida: Provjerite da pravila vatrozida ne blokiraju promet.
Problemi s mrežnim performansama:
- Pratite mrežni promet: Koristite alate za praćenje kako biste pratili mrežni promet i identificirali uska grla.
- Provjerite mrežnu latenciju: Izmjerite mrežnu latenciju između podova i čvorova.
- Optimizirajte mrežnu konfiguraciju: Optimizirajte mrežnu konfiguraciju kako biste poboljšali performanse.

CNI i servisne mreže

Dok CNI dodaci rješavaju osnovno umrežavanje podova, servisne mreže (service meshes) pružaju dodatni sloj funkcionalnosti za upravljanje i osiguravanje mikroservisa. Servisne mreže poput Istia, Linkerda i Consul Connecta rade zajedno s CNI dodacima kako bi pružile značajke kao što su:

Upravljanje prometom: Usmjeravanje, balansiranje opterećenja i oblikovanje prometa.
Sigurnost: Uzajamna TLS autentifikacija, autorizacija i enkripcija.
Vidljivost (Observability): Metrike, praćenje (tracing) i zapisnici (logging).

Servisne mreže obično ubacuju sidecar proxy u svaki pod, koji presreće sav mrežni promet i primjenjuje politike servisne mreže. CNI dodatak je odgovoran za postavljanje osnovne mrežne povezanosti za sidecar proxy, dok servisna mreža rukuje naprednijim značajkama upravljanja prometom i sigurnosti. Razmislite o servisnim mrežama za složene arhitekture mikroservisa kako biste poboljšali sigurnost, vidljivost i kontrolu.

Budućnost Kubernetes umrežavanja

Kubernetes umrežavanje se neprestano razvija, s novim tehnologijama i značajkama koje se stalno pojavljuju. Neki od ključnih trendova u Kubernetes umrežavanju uključuju:

eBPF: eBPF postaje sve popularniji za implementaciju mrežnih i sigurnosnih politika u Kubernetesu zbog svojih visokih performansi i malog opterećenja.
Integracija sa servisnim mrežama: Očekuje se da će bliža integracija između CNI dodataka i servisnih mreža dodatno pojednostaviti upravljanje i sigurnost mikroservisa.
Umrežavanje više klastera (Multicluster Networking): Kako organizacije sve više usvajaju arhitekture s više klastera, rješenja za povezivanje i upravljanje mrežama preko više Kubernetes klastera postaju sve važnija.
Cloud-Native mrežne funkcije (CNFs): Korištenje Kubernetesa za implementaciju i upravljanje mrežnim funkcijama dobiva na zamahu, potaknuto usvajanjem 5G i drugih naprednih mrežnih tehnologija.

Zaključak

Razumijevanje CNI dodataka ključno je za izgradnju i upravljanje robusnim i skalabilnim Kubernetes okruženjima. Odabirom pravog CNI dodatka, njegovim ispravnim konfiguriranjem i pridržavanjem najboljih praksi, možete osigurati da vaše Kubernetes aplikacije imaju mrežnu povezanost i sigurnost potrebne za uspjeh. Kako se Kubernetes umrežavanje nastavlja razvijati, informiranost o najnovijim trendovima i tehnologijama bit će ključna za maksimiziranje prednosti ove moćne platforme za orkestraciju kontejnera. Od malih implementacija do velikih korporativnih okruženja koja se protežu na više kontinenata, ovladavanje CNI dodacima otključava pravi potencijal Kubernetes umrežavanja.