Jaringan Kubernetes: Seluk-beluk Mendalam tentang Plugin CNI

Kubernetes telah merevolusi orkestrasi kontainer, memungkinkan penerapan dan pengelolaan aplikasi dalam skala besar. Inti dari jaringan Kubernetes adalah Container Network Interface (CNI), sebuah antarmuka standar yang memungkinkan Kubernetes bekerja dengan berbagai solusi jaringan. Memahami plugin CNI sangat penting untuk membangun lingkungan Kubernetes yang kuat dan terukur. Panduan komprehensif ini akan menjelajahi plugin CNI secara detail, mencakup peran, opsi populer, konfigurasi, dan praktik terbaiknya.

Apa itu Container Network Interface (CNI)?

Container Network Interface (CNI) adalah spesifikasi yang dikembangkan oleh Cloud Native Computing Foundation (CNCF) untuk mengonfigurasi antarmuka jaringan untuk kontainer Linux. CNI menyediakan API standar yang memungkinkan Kubernetes berinteraksi dengan berbagai penyedia jaringan. Standardisasi ini membuat Kubernetes sangat fleksibel dan memungkinkan pengguna memilih solusi jaringan yang paling sesuai dengan kebutuhan mereka.

Plugin CNI bertanggung jawab atas tugas-tugas berikut:

Mengalokasikan sumber daya jaringan: Menetapkan alamat IP dan parameter jaringan lainnya ke pod.
Mengonfigurasi jaringan kontainer: Menyiapkan antarmuka jaringan di dalam kontainer.
Menghubungkan kontainer ke jaringan: Mengintegrasikan kontainer ke dalam jaringan Kubernetes secara keseluruhan.
Membersihkan sumber daya jaringan: Melepaskan sumber daya saat pod dihentikan.

Cara Kerja Plugin CNI

Ketika sebuah pod baru dibuat di Kubernetes, kubelet (agen yang berjalan di setiap node) akan memanggil plugin CNI untuk mengonfigurasi jaringan pod. Prosesnya biasanya melibatkan langkah-langkah berikut:

Kubelet menerima permintaan untuk membuat pod.
Kubelet menentukan plugin CNI mana yang akan digunakan berdasarkan konfigurasi klaster.
Kubelet memanggil plugin CNI, memberikan informasi tentang pod, seperti namespace, nama, dan labelnya.
Plugin CNI mengalokasikan alamat IP untuk pod dari rentang alamat IP yang telah ditentukan sebelumnya.
Plugin CNI membuat antarmuka jaringan virtual (veth pair) pada node host. Salah satu ujung veth pair terpasang ke namespace jaringan pod, dan ujung lainnya tetap berada di namespace jaringan host.
Plugin CNI mengonfigurasi namespace jaringan pod, mengatur alamat IP, gateway, dan rute.
Plugin CNI memperbarui tabel perutean pada node host untuk memastikan bahwa lalu lintas ke dan dari pod dirutekan dengan benar.

Plugin CNI Populer

Tersedia beberapa plugin CNI, masing-masing dengan fitur, kelebihan, dan kekurangannya sendiri. Berikut adalah beberapa plugin CNI yang paling populer:

Calico

Ikhtisar: Calico adalah plugin CNI yang banyak digunakan yang menyediakan solusi jaringan yang terukur dan aman untuk Kubernetes. Calico mendukung model jaringan overlay dan non-overlay serta menawarkan fitur kebijakan jaringan yang canggih.

Fitur Utama:

Kebijakan Jaringan: Mesin kebijakan jaringan Calico memungkinkan Anda menentukan aturan kontrol akses yang terperinci untuk pod. Kebijakan ini dapat didasarkan pada label pod, namespace, dan kriteria lainnya.
Perutean BGP: Calico dapat menggunakan BGP (Border Gateway Protocol) untuk mengiklankan alamat IP pod ke infrastruktur jaringan yang mendasarinya. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan jaringan overlay dan meningkatkan kinerja.
Manajemen Alamat IP (IPAM): Calico menyertakan sistem IPAM sendiri, yang secara otomatis mengalokasikan alamat IP ke pod.
Enkripsi: Calico mendukung enkripsi lalu lintas jaringan menggunakan WireGuard atau IPsec.

Contoh Kasus Penggunaan: Sebuah institusi keuangan menggunakan Calico untuk memberlakukan kebijakan keamanan yang ketat antara berbagai layanan mikro di dalam klaster Kubernetes mereka. Misalnya, mencegah komunikasi langsung antara pod frontend dan database, serta memberlakukan semua akses database melalui lapisan API khusus.

Flannel

Ikhtisar: Flannel adalah plugin CNI yang sederhana dan ringan yang membuat jaringan overlay untuk Kubernetes. Flannel mudah diatur dan dikonfigurasi, menjadikannya pilihan populer untuk penerapan yang lebih kecil atau bagi pengguna yang baru mengenal jaringan Kubernetes.

Fitur Utama:

Jaringan Overlay: Flannel membuat jaringan virtual di atas infrastruktur jaringan yang ada. Pod berkomunikasi satu sama lain melalui jaringan overlay ini.
Konfigurasi Sederhana: Flannel mudah dikonfigurasi dan memerlukan pengaturan minimal.
Berbagai Backend: Flannel mendukung berbagai backend untuk jaringan overlay, termasuk VXLAN, host-gw, dan UDP.

Contoh Kasus Penggunaan: Sebuah startup menggunakan Flannel untuk penerapan Kubernetes awal mereka karena kesederhanaan dan kemudahan konfigurasinya. Mereka memprioritaskan agar aplikasi mereka berjalan cepat daripada fitur jaringan yang canggih.

Weave Net

Ikhtisar: Weave Net adalah plugin CNI populer lainnya yang membuat jaringan overlay untuk Kubernetes. Weave Net menawarkan berbagai fitur, termasuk manajemen alamat IP otomatis, kebijakan jaringan, dan enkripsi.

Fitur Utama:

Manajemen Alamat IP Otomatis: Weave Net secara otomatis menetapkan alamat IP ke pod dan mengelola rentang alamat IP.
Kebijakan Jaringan: Weave Net memungkinkan Anda menentukan kebijakan jaringan untuk mengontrol lalu lintas antar pod.
Enkripsi: Weave Net mendukung enkripsi lalu lintas jaringan menggunakan AES-GCM.
Penemuan Layanan: Weave Net menyediakan penemuan layanan bawaan, memungkinkan pod untuk dengan mudah menemukan dan terhubung satu sama lain.

Contoh Kasus Penggunaan: Sebuah perusahaan pengembang perangkat lunak menggunakan Weave Net untuk lingkungan pengembangan dan pengujian mereka. Fitur manajemen alamat IP otomatis dan penemuan layanan menyederhanakan penerapan dan pengelolaan aplikasi di lingkungan ini.

Cilium

Ikhtisar: Cilium adalah plugin CNI yang memanfaatkan eBPF (extended Berkeley Packet Filter) untuk menyediakan jaringan dan keamanan berkinerja tinggi untuk Kubernetes. Cilium menawarkan fitur-fitur canggih seperti kebijakan jaringan, penyeimbangan beban, dan observabilitas.

Fitur Utama:

Jaringan Berbasis eBPF: Cilium menggunakan eBPF untuk mengimplementasikan kebijakan jaringan dan keamanan di tingkat kernel. Ini memberikan kinerja tinggi dan overhead rendah.
Kebijakan Jaringan: Cilium mendukung fitur kebijakan jaringan canggih, termasuk penegakan kebijakan L7.
Penyeimbangan Beban: Cilium menyediakan penyeimbangan beban bawaan untuk layanan Kubernetes.
Observabilitas: Cilium menyediakan observabilitas terperinci terhadap lalu lintas jaringan, memungkinkan Anda memantau dan memecahkan masalah jaringan.

Contoh Kasus Penggunaan: Sebuah perusahaan e-commerce besar menggunakan Cilium untuk menangani volume lalu lintas tinggi dan memberlakukan kebijakan keamanan yang ketat. Kemampuan jaringan dan penyeimbangan beban berbasis eBPF memastikan kinerja optimal, sementara fitur kebijakan jaringan yang canggih melindungi dari potensi ancaman.

Memilih Plugin CNI yang Tepat

Memilih plugin CNI yang sesuai tergantung pada persyaratan spesifik lingkungan Kubernetes Anda. Pertimbangkan faktor-faktor berikut:

Skalabilitas: Dapatkah plugin CNI menangani jumlah pod dan node yang diharapkan di klaster Anda?
Keamanan: Apakah plugin CNI menyediakan fitur keamanan yang diperlukan, seperti kebijakan jaringan dan enkripsi?
Kinerja: Apakah plugin CNI menawarkan kinerja yang dapat diterima untuk aplikasi Anda?
Kemudahan Penggunaan: Seberapa mudah plugin CNI untuk diatur, dikonfigurasi, dan dipelihara?
Fitur: Apakah plugin CNI menyediakan fitur yang Anda butuhkan, seperti manajemen alamat IP, penemuan layanan, dan observabilitas?
Dukungan Komunitas: Apakah plugin CNI dipelihara secara aktif dan didukung oleh komunitas yang kuat?

Untuk penerapan sederhana, Flannel mungkin sudah cukup. Untuk lingkungan yang lebih kompleks dengan persyaratan keamanan yang ketat, Calico atau Cilium mungkin menjadi pilihan yang lebih baik. Weave Net memberikan keseimbangan yang baik antara fitur dan kemudahan penggunaan. Evaluasi kebutuhan spesifik Anda dan pilih plugin CNI yang paling sesuai dengan persyaratan Anda.

Mengonfigurasi Plugin CNI

Plugin CNI biasanya dikonfigurasi menggunakan file konfigurasi CNI, yang merupakan file JSON yang menentukan pengaturan plugin. Lokasi file konfigurasi CNI ditentukan oleh flag --cni-conf-dir dari kubelet. Secara default, flag ini diatur ke /etc/cni/net.d.

File konfigurasi CNI berisi informasi berikut:

cniVersion: Versi spesifikasi CNI.
name: Nama jaringan.
type: Nama plugin CNI yang akan digunakan.
capabilities: Daftar kemampuan yang didukung oleh plugin.
ipam: Konfigurasi untuk manajemen alamat IP.
plugins: (Opsional) Daftar plugin CNI tambahan untuk dijalankan.

Berikut adalah contoh file konfigurasi CNI untuk Flannel:

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

File konfigurasi ini memberitahu Kubernetes untuk menggunakan plugin CNI Flannel untuk membuat jaringan bernama "mynet". Bagian delegate menentukan opsi konfigurasi tambahan untuk plugin Flannel.

Opsi konfigurasi spesifik bervariasi tergantung pada plugin CNI yang digunakan. Rujuk ke dokumentasi untuk plugin CNI pilihan Anda untuk informasi terperinci tentang opsi konfigurasi yang tersedia.

Praktik Terbaik Plugin CNI

Ikuti praktik terbaik ini untuk memastikan lingkungan jaringan Kubernetes yang kuat dan terukur:

Pilih plugin CNI yang tepat: Pilih plugin CNI yang paling sesuai dengan kebutuhan spesifik Anda, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti skalabilitas, keamanan, kinerja, dan kemudahan penggunaan.
Gunakan kebijakan jaringan: Terapkan kebijakan jaringan untuk mengontrol lalu lintas antar pod dan menegakkan batasan keamanan.
Pantau kinerja jaringan: Gunakan alat pemantauan untuk melacak kinerja jaringan dan mengidentifikasi potensi masalah.
Selalu perbarui plugin CNI: Perbarui plugin CNI Anda secara teratur untuk mendapatkan manfaat dari perbaikan bug, patch keamanan, dan fitur baru.
Gunakan rentang alamat IP khusus: Alokasikan rentang alamat IP khusus untuk pod Kubernetes Anda untuk menghindari konflik dengan jaringan lain.
Rencanakan skalabilitas: Rancang infrastruktur jaringan Anda untuk mengakomodasi pertumbuhan di masa depan dan pastikan plugin CNI Anda dapat menangani peningkatan jumlah pod dan node.

Pemecahan Masalah Plugin CNI

Masalah jaringan bisa menjadi kompleks dan menantang untuk dipecahkan. Berikut adalah beberapa masalah umum dan cara mengatasinya:

Pod tidak dapat terhubung ke pod lain:
- Periksa kebijakan jaringan: Pastikan kebijakan jaringan tidak memblokir lalu lintas.
- Verifikasi tabel perutean: Verifikasi bahwa tabel perutean pada node host telah dikonfigurasi dengan benar.
- Periksa resolusi DNS: Pastikan resolusi DNS berfungsi dengan benar di dalam klaster.
- Periksa log CNI: Periksa log dari plugin CNI untuk setiap kesalahan atau peringatan.
Pod tidak dapat terhubung ke layanan eksternal:
- Periksa aturan egress: Pastikan aturan egress dikonfigurasi dengan benar untuk mengizinkan lalu lintas ke layanan eksternal.
- Verifikasi resolusi DNS: Pastikan resolusi DNS berfungsi dengan benar untuk domain eksternal.
- Periksa aturan firewall: Verifikasi bahwa aturan firewall tidak memblokir lalu lintas.
Masalah kinerja jaringan:
- Pantau lalu lintas jaringan: Gunakan alat pemantauan untuk melacak lalu lintas jaringan dan mengidentifikasi kemacetan.
- Periksa latensi jaringan: Ukur latensi jaringan antara pod dan node.
- Optimalkan konfigurasi jaringan: Optimalkan konfigurasi jaringan untuk meningkatkan kinerja.

CNI dan Service Mesh

Meskipun plugin CNI menangani jaringan pod dasar, service mesh menyediakan lapisan fungsionalitas tambahan untuk mengelola dan mengamankan layanan mikro. Service mesh seperti Istio, Linkerd, dan Consul Connect bekerja bersama dengan plugin CNI untuk menyediakan fitur seperti:

Manajemen lalu lintas: Perutean, penyeimbangan beban, dan pembentukan lalu lintas.
Keamanan: Otentikasi Mutual TLS, otorisasi, dan enkripsi.
Observabilitas: Metrik, pelacakan, dan pencatatan log.

Service mesh biasanya menyuntikkan proksi sidecar ke setiap pod, yang mencegat semua lalu lintas jaringan dan menerapkan kebijakan service mesh. Plugin CNI bertanggung jawab untuk menyiapkan konektivitas jaringan dasar untuk proksi sidecar, sementara service mesh menangani fitur manajemen lalu lintas dan keamanan yang lebih canggih. Pertimbangkan service mesh untuk arsitektur layanan mikro yang kompleks untuk meningkatkan keamanan, observabilitas, dan kontrol.

Masa Depan Jaringan Kubernetes

Jaringan Kubernetes terus berkembang, dengan teknologi dan fitur baru yang muncul setiap saat. Beberapa tren utama dalam jaringan Kubernetes meliputi:

eBPF: eBPF menjadi semakin populer untuk mengimplementasikan kebijakan jaringan dan keamanan di Kubernetes karena kinerjanya yang tinggi dan overhead yang rendah.
Integrasi Service Mesh: Integrasi yang lebih erat antara plugin CNI dan service mesh diharapkan akan semakin menyederhanakan pengelolaan dan keamanan layanan mikro.
Jaringan Multiklaster: Seiring dengan semakin banyaknya organisasi yang mengadopsi arsitektur multiklaster, solusi untuk menghubungkan dan mengelola jaringan di beberapa klaster Kubernetes menjadi semakin penting.
Fungsi Jaringan Cloud-Native (CNF): Penggunaan Kubernetes untuk menerapkan dan mengelola fungsi jaringan semakin populer, didorong oleh adopsi 5G dan teknologi jaringan canggih lainnya.

Kesimpulan

Memahami plugin CNI sangat penting untuk membangun dan mengelola lingkungan Kubernetes yang kuat dan terukur. Dengan memilih plugin CNI yang tepat, mengonfigurasinya dengan benar, dan mengikuti praktik terbaik, Anda dapat memastikan bahwa aplikasi Kubernetes Anda memiliki konektivitas jaringan dan keamanan yang mereka butuhkan untuk berhasil. Seiring jaringan Kubernetes terus berkembang, tetap terinformasi tentang tren dan teknologi terbaru akan menjadi krusial untuk memaksimalkan manfaat dari platform orkestrasi kontainer yang kuat ini. Dari penerapan skala kecil hingga lingkungan perusahaan besar yang mencakup beberapa benua, menguasai plugin CNI membuka potensi sejati dari jaringan Kubernetes.