쿠버네티스 네트워킹: CNI 플러그인 심층 분석

쿠버네티스는 컨테이너 오케스트레이션에 혁명을 일으켜 대규모 애플리케이션의 배포 및 관리를 가능하게 했습니다. 쿠버네티스 네트워킹의 중심에는 Container Network Interface(CNI)가 있습니다. CNI는 쿠버네티스가 다양한 네트워킹 솔루션과 함께 작동할 수 있도록 하는 표준 인터페이스입니다. CNI 플러그인을 이해하는 것은 견고하고 확장 가능한 쿠버네티스 환경을 구축하는 데 매우 중요합니다. 이 종합 가이드에서는 CNI 플러그인의 역할, 인기 있는 옵션, 구성 및 모범 사례를 자세히 살펴보겠습니다.

컨테이너 네트워크 인터페이스(CNI)란 무엇인가?

컨테이너 네트워크 인터페이스(CNI)는 리눅스 컨테이너의 네트워크 인터페이스를 구성하기 위해 Cloud Native Computing Foundation(CNCF)에서 개발한 사양입니다. 이는 쿠버네티스가 다양한 네트워킹 제공업체와 상호 작용할 수 있도록 하는 표준 API를 제공합니다. 이러한 표준화 덕분에 쿠버네티스는 매우 유연하며 사용자는 자신의 필요에 가장 적합한 네트워킹 솔루션을 선택할 수 있습니다.

CNI 플러그인은 다음과 같은 작업을 담당합니다:

• 네트워크 리소스 할당: 파드에 IP 주소 및 기타 네트워크 매개변수를 할당합니다.
• 컨테이너 네트워크 구성: 컨테이너 내에 네트워크 인터페이스를 설정합니다.
• 컨테이너를 네트워크에 연결: 컨테이너를 전체 쿠버네티스 네트워크에 통합합니다.
• 네트워크 리소스 정리: 파드가 종료될 때 리소스를 해제합니다.

CNI 플러그인 작동 방식

쿠버네티스에서 새 파드가 생성되면, 각 노드에서 실행되는 에이전트인 kubelet이 CNI 플러그인을 호출하여 파드의 네트워크를 구성합니다. 이 과정은 일반적으로 다음 단계를 포함합니다:

1. kubelet이 파드 생성 요청을 받습니다.
2. kubelet은 클러스터 구성을 기반으로 사용할 CNI 플러그인을 결정합니다.
3. kubelet은 파드의 네임스페이스, 이름, 레이블과 같은 정보를 제공하며 CNI 플러그인을 호출합니다.
4. CNI 플러그인은 미리 정의된 IP 주소 범위에서 파드의 IP 주소를 할당합니다.
5. CNI 플러그인은 호스트 노드에 가상 네트워크 인터페이스(veth 쌍)를 생성합니다. veth 쌍의 한쪽 끝은 파드의 네트워크 네임스페이스에 연결되고, 다른 쪽 끝은 호스트의 네트워크 네임스페이스에 남습니다.
6. CNI 플러그인은 파드의 네트워크 네임스페이스를 구성하여 IP 주소, 게이트웨이 및 경로를 설정합니다.
7. CNI 플러그인은 호스트 노드의 라우팅 테이블을 업데이트하여 파드와 주고받는 트래픽이 올바르게 라우팅되도록 보장합니다.

인기 있는 CNI 플러그인

여러 CNI 플러그인이 있으며, 각각 고유한 기능, 장점 및 단점을 가지고 있습니다. 다음은 가장 인기 있는 CNI 플러그인 중 일부입니다:

Calico

개요: Calico는 쿠버네티스를 위한 확장 가능하고 안전한 네트워킹 솔루션을 제공하는 널리 사용되는 CNI 플러그인입니다. 오버레이 및 비오버레이 네트워킹 모델을 모두 지원하며 고급 네트워크 정책 기능을 제공합니다.

주요 특징:

• 네트워크 정책: Calico의 네트워크 정책 엔진을 사용하면 파드에 대한 세분화된 접근 제어 규칙을 정의할 수 있습니다. 이러한 정책은 파드 레이블, 네임스페이스 및 기타 기준에 기반할 수 있습니다.
• BGP 라우팅: Calico는 BGP(Border Gateway Protocol)를 사용하여 파드 IP 주소를 기본 네트워크 인프라에 알릴 수 있습니다. 이는 오버레이 네트워크의 필요성을 없애고 성능을 향상시킵니다.
• IP 주소 관리(IPAM): Calico는 자체 IPAM 시스템을 포함하여 파드에 IP 주소를 자동으로 할당합니다.
• 암호화: Calico는 WireGuard 또는 IPsec을 사용한 네트워크 트래픽 암호화를 지원합니다.

사용 사례 예시: 금융 기관이 Calico를 사용하여 쿠버네티스 클러스터 내의 여러 마이크로서비스 간에 엄격한 보안 정책을 시행하는 경우. 예를 들어, 프론트엔드와 데이터베이스 파드 간의 직접적인 통신을 방지하고, 모든 데이터베이스 접근이 전용 API 계층을 통하도록 강제합니다.

Flannel

개요: Flannel은 쿠버네티스를 위한 오버레이 네트워크를 생성하는 간단하고 가벼운 CNI 플러그인입니다. 설정 및 구성이 쉬워 소규모 배포나 쿠버네티스 네트워킹을 처음 접하는 사용자에게 인기 있는 선택입니다.

주요 특징:

• 오버레이 네트워크: Flannel은 기존 네트워크 인프라 위에 가상 네트워크를 생성합니다. 파드들은 이 오버레이 네트워크를 통해 서로 통신합니다.
• 간단한 구성: Flannel은 구성이 쉽고 최소한의 설정만 필요합니다.
• 다중 백엔드: Flannel은 오버레이 네트워크를 위해 VXLAN, host-gw, UDP 등 다양한 백엔드를 지원합니다.

사용 사례 예시: 스타트업이 단순성과 구성의 용이성 때문에 초기 쿠버네티스 배포에 Flannel을 사용하는 경우. 이들은 고급 네트워킹 기능보다 애플리케이션을 신속하게 실행하는 것을 우선시합니다.

Weave Net

개요: Weave Net은 쿠버네티스를 위한 오버레이 네트워크를 생성하는 또 다른 인기 있는 CNI 플러그인입니다. 자동 IP 주소 관리, 네트워크 정책, 암호화 등 다양한 기능을 제공합니다.

주요 특징:

• 자동 IP 주소 관리: Weave Net은 파드에 IP 주소를 자동으로 할당하고 IP 주소 범위를 관리합니다.
• 네트워크 정책: Weave Net을 사용하면 네트워크 정책을 정의하여 파드 간의 트래픽을 제어할 수 있습니다.
• 암호화: Weave Net은 AES-GCM을 사용한 네트워크 트래픽 암호화를 지원합니다.
• 서비스 검색: Weave Net은 내장된 서비스 검색 기능을 제공하여 파드가 서로를 쉽게 찾고 연결할 수 있도록 합니다.

사용 사례 예시: 소프트웨어 개발 회사가 개발 및 테스트 환경에 Weave Net을 사용하는 경우. 자동 IP 주소 관리 및 서비스 검색 기능은 이러한 환경에서 애플리케이션의 배포 및 관리를 단순화합니다.

Cilium

개요: Cilium은 eBPF(extended Berkeley Packet Filter)를 활용하여 쿠버네티스에 고성능 네트워킹 및 보안을 제공하는 CNI 플러그인입니다. 네트워크 정책, 로드 밸런싱, 관찰 가능성과 같은 고급 기능을 제공합니다.

주요 특징:

• eBPF 기반 네트워킹: Cilium은 eBPF를 사용하여 커널 수준에서 네트워킹 및 보안 정책을 구현합니다. 이는 고성능과 낮은 오버헤드를 제공합니다.
• 네트워크 정책: Cilium은 L7 정책 강제 시행을 포함한 고급 네트워크 정책 기능을 지원합니다.
• 로드 밸런싱: Cilium은 쿠버네티스 서비스를 위한 내장 로드 밸런싱을 제공합니다.
• 관찰 가능성: Cilium은 네트워크 트래픽에 대한 상세한 관찰 가능성을 제공하여 네트워크 문제를 모니터링하고 해결할 수 있도록 합니다.

사용 사례 예시: 대규모 전자상거래 회사가 높은 트래픽 양을 처리하고 엄격한 보안 정책을 시행하기 위해 Cilium을 사용하는 경우. eBPF 기반 네트워킹 및 로드 밸런싱 기능은 최적의 성능을 보장하며, 고급 네트워크 정책 기능은 잠재적 위협으로부터 보호합니다.

올바른 CNI 플러그인 선택하기

적절한 CNI 플러그인을 선택하는 것은 쿠버네티스 환경의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다. 다음 요소를 고려하십시오:

• 확장성: CNI 플러그인이 클러스터에서 예상되는 파드 및 노드 수를 처리할 수 있습니까?
• 보안: CNI 플러그인이 네트워크 정책 및 암호화와 같은 필요한 보안 기능을 제공합니까?
• 성능: CNI 플러그인이 애플리케이션에 수용 가능한 성능을 제공합니까?
• 사용 편의성: CNI 플러그인을 설정, 구성 및 유지 관리하기가 얼마나 쉽습니까?
• 기능: CNI 플러그인이 IP 주소 관리, 서비스 검색, 관찰 가능성과 같은 필요한 기능을 제공합니까?
• 커뮤니티 지원: CNI 플러그인이 강력한 커뮤니티에 의해 적극적으로 유지 관리되고 지원됩니까?

간단한 배포의 경우 Flannel이 충분할 수 있습니다. 엄격한 보안 요구 사항이 있는 더 복잡한 환경의 경우 Calico 또는 Cilium이 더 나은 선택일 수 있습니다. Weave Net은 기능과 사용 편의성 사이의 좋은 균형을 제공합니다. 특정 요구 사항을 평가하고 요구 사항에 가장 적합한 CNI 플러그인을 선택하십시오.

CNI 플러그인 구성

CNI 플러그인은 일반적으로 플러그인의 설정을 지정하는 JSON 파일인 CNI 구성 파일을 사용하여 구성됩니다. CNI 구성 파일의 위치는 kubelet의 --cni-conf-dir 플래그에 의해 결정됩니다. 기본적으로 이 플래그는 /etc/cni/net.d로 설정됩니다.

CNI 구성 파일에는 다음 정보가 포함됩니다:

• cniVersion: CNI 사양 버전.
• name: 네트워크의 이름.
• type: 사용할 CNI 플러그인의 이름.
• capabilities: 플러그인에서 지원하는 기능 목록.
• ipam: IP 주소 관리를 위한 구성.
• plugins: (선택 사항) 실행할 추가 CNI 플러그인 목록.

다음은 Flannel용 CNI 구성 파일의 예입니다:

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

이 구성 파일은 쿠버네티스에 Flannel CNI 플러그인을 사용하여 "mynet"이라는 네트워크를 생성하도록 지시합니다. delegate 섹션은 Flannel 플러그인에 대한 추가 구성 옵션을 지정합니다.

특정 구성 옵션은 사용되는 CNI 플러그인에 따라 다릅니다. 사용 가능한 구성 옵션에 대한 자세한 내용은 선택한 CNI 플러그인의 설명서를 참조하십시오.

CNI 플러그인 모범 사례

견고하고 확장 가능한 쿠버네티스 네트워킹 환경을 보장하려면 다음 모범 사례를 따르십시오:

• 올바른 CNI 플러그인 선택: 확장성, 보안, 성능 및 사용 편의성과 같은 요소를 고려하여 특정 요구 사항에 가장 적합한 CNI 플러그인을 선택하십시오.
• 네트워크 정책 사용: 네트워크 정책을 구현하여 파드 간의 트래픽을 제어하고 보안 경계를 강화하십시오.
• 네트워크 성능 모니터링: 모니터링 도구를 사용하여 네트워크 성능을 추적하고 잠재적인 문제를 식별하십시오.
• CNI 플러그인 최신 상태 유지: 버그 수정, 보안 패치 및 새로운 기능을 활용하기 위해 CNI 플러그인을 정기적으로 업데이트하십시오.
• 전용 IP 주소 범위 사용: 다른 네트워크와의 충돌을 피하기 위해 쿠버네티스 파드에 전용 IP 주소 범위를 할당하십시오.
• 확장성 계획: 미래 성장을 수용할 수 있도록 네트워크 인프라를 설계하고 CNI 플러그인이 증가하는 파드 및 노드 수를 처리할 수 있는지 확인하십시오.

CNI 플러그인 문제 해결

네트워킹 문제는 복잡하고 해결하기 어려울 수 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 문제와 접근 방법입니다:

• 파드가 다른 파드에 연결할 수 없음:
  • 네트워크 정책 확인: 네트워크 정책이 트래픽을 차단하고 있지 않은지 확인하십시오.
  • 라우팅 테이블 확인: 호스트 노드의 라우팅 테이블이 올바르게 구성되었는지 확인하십시오.
  • DNS 확인: 클러스터 내에서 DNS 확인이 올바르게 작동하는지 확인하십시오.
  • CNI 로그 검사: CNI 플러그인의 로그에서 오류나 경고가 있는지 검사하십시오.
• 파드가 외부 서비스에 연결할 수 없음:
  • 송신 규칙 확인: 외부 서비스로의 트래픽을 허용하도록 송신 규칙이 올바르게 구성되었는지 확인하십시오.
  • DNS 확인: 외부 도메인에 대한 DNS 확인이 올바르게 작동하는지 확인하십시오.
  • 방화벽 규칙 확인: 방화벽 규칙이 트래픽을 차단하고 있지 않은지 확인하십시오.
• 네트워크 성능 문제:
  • 네트워크 트래픽 모니터링: 모니터링 도구를 사용하여 네트워크 트래픽을 추적하고 병목 현상을 식별하십시오.
  • 네트워크 지연 시간 확인: 파드와 노드 간의 네트워크 지연 시간을 측정하십시오.
  • 네트워크 구성 최적화: 성능 향상을 위해 네트워크 구성을 최적화하십시오.

CNI와 서비스 메시

CNI 플러그인이 기본 파드 네트워킹을 처리하는 반면, 서비스 메시는 마이크로서비스를 관리하고 보호하기 위한 추가 기능 계층을 제공합니다. Istio, Linkerd, Consul Connect와 같은 서비스 메시는 CNI 플러그인과 함께 작동하여 다음과 같은 기능을 제공합니다:

• 트래픽 관리: 라우팅, 로드 밸런싱 및 트래픽 셰이핑.
• 보안: 상호 TLS 인증, 권한 부여 및 암호화.
• 관찰 가능성: 메트릭, 추적 및 로깅.

서비스 메시는 일반적으로 각 파드에 사이드카 프록시를 주입하여 모든 네트워크 트래픽을 가로채고 서비스 메시 정책을 적용합니다. CNI 플러그인은 사이드카 프록시의 기본 네트워크 연결을 설정하는 역할을 하며, 서비스 메시는 더 고급 트래픽 관리 및 보안 기능을 처리합니다. 보안, 관찰 가능성 및 제어를 강화하기 위해 복잡한 마이크로서비스 아키텍처에 서비스 메시를 고려하십시오.

쿠버네티스 네트워킹의 미래

쿠버네티스 네트워킹은 새로운 기술과 기능이 항상 등장하면서 끊임없이 진화하고 있습니다. 쿠버네티스 네트워킹의 주요 동향은 다음과 같습니다:

• eBPF: eBPF는 고성능과 낮은 오버헤드 덕분에 쿠버네티스에서 네트워킹 및 보안 정책을 구현하는 데 점점 더 인기를 얻고 있습니다.
• 서비스 메시 통합: CNI 플러그인과 서비스 메시 간의 긴밀한 통합은 마이크로서비스의 관리 및 보안을 더욱 단순화할 것으로 예상됩니다.
• 멀티클러스터 네트워킹: 조직이 점점 더 멀티클러스터 아키텍처를 채택함에 따라 여러 쿠버네티스 클러스터에 걸쳐 네트워크를 연결하고 관리하기 위한 솔루션이 더욱 중요해지고 있습니다.
• 클라우드 네이티브 네트워크 기능(CNF): 5G 및 기타 고급 네트워킹 기술의 채택에 힘입어 네트워크 기능을 배포하고 관리하기 위해 쿠버네티스를 사용하는 것이 주목받고 있습니다.

결론

CNI 플러그인을 이해하는 것은 견고하고 확장 가능한 쿠버네티스 환경을 구축하고 관리하는 데 필수적입니다. 올바른 CNI 플러그인을 선택하고, 올바르게 구성하고, 모범 사례를 따르면 쿠버네티스 애플리케이션이 성공하는 데 필요한 네트워크 연결성과 보안을 보장할 수 있습니다. 쿠버네티스 네트워킹이 계속 진화함에 따라 최신 동향과 기술에 대한 정보를 유지하는 것이 이 강력한 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼의 이점을 극대화하는 데 중요할 것입니다. 소규모 배포부터 여러 대륙에 걸친 대규모 기업 환경에 이르기까지, CNI 플러그인을 마스터하면 쿠버네티스 네트워킹의 진정한 잠재력을 발휘할 수 있습니다.