Kubernetes tinklų kūrimas: išsami CNI papildinių analizė

Kubernetes sukėlė revoliuciją konteinerių orkestravime, įgalindamas programų diegimą ir valdymą dideliu mastu. Kubernetes tinklų kūrimo pagrindas yra konteinerių tinklo sąsaja (CNI) – standartinė sąsaja, leidžianti Kubernetes veikti su įvairiais tinklo sprendimais. Suprasti CNI papildinius yra labai svarbu kuriant tvirtas ir keičiamo dydžio Kubernetes aplinkas. Šiame išsamiame vadove nuodugniai išnagrinėsime CNI papildinius, aptarsime jų vaidmenį, populiariausias parinktis, konfigūravimą ir geriausias praktikas.

Kas yra konteinerių tinklo sąsaja (CNI)?

Konteinerių tinklo sąsaja (CNI) yra „Cloud Native Computing Foundation“ (CNCF) sukurta specifikacija, skirta konfigūruoti tinklo sąsajas Linux konteineriams. Ji suteikia standartinę API, kuri leidžia Kubernetes sąveikauti su skirtingais tinklo teikėjais. Dėl šio standartizavimo Kubernetes yra labai lankstus ir leidžia vartotojams pasirinkti tinklo sprendimą, geriausiai atitinkantį jų poreikius.

CNI papildiniai yra atsakingi už šias užduotis:

Tinklo išteklių paskirstymas: IP adresų ir kitų tinklo parametrų priskyrimas pod'ams.
Konteinerio tinklo konfigūravimas: Tinklo sąsajų nustatymas konteinerio viduje.
Konteinerių prijungimas prie tinklo: Konteinerių integravimas į bendrą Kubernetes tinklą.
Tinklo išteklių išvalymas: Išteklių atlaisvinimas, kai pod'ai yra nutraukiami.

Kaip veikia CNI papildiniai

Kai Kubernetes sukuriamas naujas pod'as, kubelet (agentas, veikiantis kiekviename mazge) iškviečia CNI papildinį, kad sukonfigūruotų pod'o tinklą. Procesas paprastai apima šiuos veiksmus:

Kubelet gauna užklausą sukurti pod'ą.
Kubelet nustato, kurį CNI papildinį naudoti, remdamasis klasterio konfigūracija.
Kubelet iškviečia CNI papildinį, pateikdamas informaciją apie pod'ą, pavyzdžiui, jo vardų erdvę, pavadinimą ir etiketes.
CNI papildinys priskiria pod'ui IP adresą iš iš anksto nustatyto IP adresų diapazono.
CNI papildinys sukuria virtualią tinklo sąsają (veth porą) pagrindiniame mazge. Vienas veth poros galas yra prijungiamas prie pod'o tinklo vardų erdvės, o kitas galas lieka pagrindinio mazgo tinklo vardų erdvėje.
CNI papildinys konfigūruoja pod'o tinklo vardų erdvę, nustatydamas IP adresą, šliuzą ir maršrutus.
CNI papildinys atnaujina maršruto parinkimo lenteles pagrindiniame mazge, kad užtikrintų teisingą srauto nukreipimą į pod'ą ir iš jo.

Populiarūs CNI papildiniai

Yra keletas CNI papildinių, kurių kiekvienas turi savo ypatybes, privalumus ir trūkumus. Štai keletas populiariausių CNI papildinių:

Calico

Apžvalga: Calico yra plačiai naudojamas CNI papildinys, suteikiantis keičiamo dydžio ir saugų tinklo sprendimą Kubernetes. Jis palaiko tiek perdangos (overlay), tiek ne perdangos tinklų modelius ir siūlo pažangias tinklo politikos funkcijas.

Pagrindinės savybės:

Tinklo politika: Calico tinklo politikos variklis leidžia jums apibrėžti smulkiai suderintas prieigos kontrolės taisykles pod'ams. Šios politikos gali būti pagrįstos pod'ų etiketėmis, vardų erdvėmis ir kitais kriterijais.
BGP maršrutizavimas: Calico gali naudoti BGP (Border Gateway Protocol), kad praneštų pod'ų IP adresus pagrindinei tinklo infrastruktūrai. Tai pašalina perdangos tinklų poreikį ir pagerina našumą.
IP adresų valdymas (IPAM): Calico turi savo IPAM sistemą, kuri automatiškai skiria IP adresus pod'ams.
Šifravimas: Calico palaiko tinklo srauto šifravimą naudojant WireGuard arba IPsec.

Naudojimo pavyzdys: Finansų įstaiga naudoja Calico, kad įgyvendintų griežtas saugumo politikas tarp skirtingų mikropaslaugų savo Kubernetes klasteryje. Pavyzdžiui, užkertant kelią tiesioginiam ryšiui tarp frontend ir duomenų bazės pod'ų, priverčiant visą prieigą prie duomenų bazės vykdyti per tam skirtą API sluoksnį.

Flannel

Apžvalga: Flannel yra paprastas ir lengvas CNI papildinys, kuris sukuria perdangos tinklą Kubernetes. Jį lengva nustatyti ir konfigūruoti, todėl tai populiarus pasirinkimas mažesniems diegimams arba vartotojams, kurie yra naujokai Kubernetes tinklų kūrime.

Pagrindinės savybės:

Perdangos tinklas: Flannel sukuria virtualų tinklą ant esamos tinklo infrastruktūros. Pod'ai bendrauja vieni su kitais per šį perdangos tinklą.
Paprasta konfigūracija: Flannel yra lengva konfigūruoti ir reikalauja minimalių nustatymų.
Keli vidiniai mechanizmai (backends): Flannel palaiko skirtingus perdangos tinklo vidinius mechanizmus, įskaitant VXLAN, host-gw ir UDP.

Naudojimo pavyzdys: Startuolis naudoja Flannel savo pradiniam Kubernetes diegimui dėl jo paprastumo ir lengvos konfigūracijos. Jie teikia pirmenybę greitam programos paleidimui, o ne pažangioms tinklo funkcijoms.

Weave Net

Apžvalga: Weave Net yra dar vienas populiarus CNI papildinys, kuris sukuria perdangos tinklą Kubernetes. Jis siūlo daugybę funkcijų, įskaitant automatinį IP adresų valdymą, tinklo politiką ir šifravimą.

Pagrindinės savybės:

Automatinis IP adresų valdymas: Weave Net automatiškai priskiria IP adresus pod'ams ir valdo IP adresų diapazoną.
Tinklo politika: Weave Net leidžia apibrėžti tinklo politikas, skirtas kontroliuoti srautą tarp pod'ų.
Šifravimas: Weave Net palaiko tinklo srauto šifravimą naudojant AES-GCM.
Paslaugų atradimas: Weave Net teikia integruotą paslaugų atradimą, leidžiantį pod'ams lengvai rasti ir prisijungti vieniems prie kitų.

Naudojimo pavyzdys: Programinės įrangos kūrimo įmonė naudoja Weave Net savo kūrimo ir testavimo aplinkoms. Automatinis IP adresų valdymas ir paslaugų atradimo funkcijos supaprastina programų diegimą ir valdymą šiose aplinkose.

Cilium

Apžvalga: Cilium yra CNI papildinys, kuris naudoja eBPF (išplėstinį Berkeley paketų filtrą), kad užtikrintų didelio našumo tinklų kūrimą ir saugumą Kubernetes. Jis siūlo pažangias funkcijas, tokias kaip tinklo politika, apkrovos balansavimas ir stebimumas.

Pagrindinės savybės:

eBPF pagrįstas tinklų kūrimas: Cilium naudoja eBPF tinklų ir saugumo politikų įgyvendinimui branduolio lygmenyje. Tai užtikrina aukštą našumą ir mažas pridėtines išlaidas.
Tinklo politika: Cilium palaiko pažangias tinklo politikos funkcijas, įskaitant L7 lygio politikos vykdymą.
Apkrovos balansavimas: Cilium teikia integruotą apkrovos balansavimą Kubernetes paslaugoms.
Stebimumas: Cilium suteikia išsamų tinklo srauto stebimumą, leidžiantį stebėti ir šalinti tinklo problemas.

Naudojimo pavyzdys: Didelė e. prekybos įmonė naudoja Cilium dideliems srauto kiekiams valdyti ir griežtoms saugumo politikoms įgyvendinti. eBPF pagrįstas tinklų kūrimas ir apkrovos balansavimo galimybės užtikrina optimalų našumą, o pažangios tinklo politikos funkcijos apsaugo nuo galimų grėsmių.

Tinkamo CNI papildinio pasirinkimas

Tinkamo CNI papildinio pasirinkimas priklauso nuo konkrečių jūsų Kubernetes aplinkos reikalavimų. Apsvarstykite šiuos veiksnius:

Mastelio keitimas: Ar CNI papildinys gali apdoroti numatomą pod'ų ir mazgų skaičių jūsų klasteryje?
Saugumas: Ar CNI papildinys teikia reikiamas saugumo funkcijas, tokias kaip tinklo politika ir šifravimas?
Našumas: Ar CNI papildinys siūlo priimtiną našumą jūsų programoms?
Naudojimo paprastumas: Kaip lengva nustatyti, konfigūruoti ir prižiūrėti CNI papildinį?
Funkcijos: Ar CNI papildinys teikia jums reikalingas funkcijas, tokias kaip IP adresų valdymas, paslaugų atradimas ir stebimumas?
Bendruomenės palaikymas: Ar CNI papildinys yra aktyviai prižiūrimas ir palaikomas stiprios bendruomenės?

Paprastiems diegimams gali pakakti Flannel. Sudėtingesnėms aplinkoms su griežtais saugumo reikalavimais Calico arba Cilium gali būti geresnis pasirinkimas. Weave Net suteikia gerą funkcijų ir naudojimo paprastumo pusiausvyrą. Įvertinkite savo konkrečius poreikius ir pasirinkite CNI papildinį, kuris geriausiai atitinka jūsų reikalavimus.

CNI papildinių konfigūravimas

CNI papildiniai paprastai konfigūruojami naudojant CNI konfigūracijos failą, kuris yra JSON failas, nurodantis papildinio nustatymus. CNI konfigūracijos failo vieta nustatoma pagal kubelet --cni-conf-dir vėliavėlę. Pagal nutylėjimą ši vėliavėlė yra nustatyta į /etc/cni/net.d.

CNI konfigūracijos faile yra ši informacija:

cniVersion: CNI specifikacijos versija.
name: Tinklo pavadinimas.
type: Naudojamo CNI papildinio pavadinimas.
capabilities: Papildinio palaikomų galimybių sąrašas.
ipam: IP adresų valdymo konfigūracija.
plugins: (Nebūtina) Papildomų CNI papildinių, kurie bus paleisti, sąrašas.

Štai CNI konfigūracijos failo pavyzdys Flannel:

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

Šis konfigūracijos failas nurodo Kubernetes naudoti Flannel CNI papildinį, kad sukurtų tinklą pavadinimu „mynet“. delegate skyriuje nurodomos papildomos Flannel papildinio konfigūracijos parinktys.

Konkrečios konfigūracijos parinktys skiriasi priklausomai nuo naudojamo CNI papildinio. Išsamesnės informacijos apie galimas konfigūracijos parinktis ieškokite pasirinkto CNI papildinio dokumentacijoje.

CNI papildinių geriausios praktikos

Laikykitės šių geriausių praktikų, kad užtikrintumėte tvirtą ir keičiamo dydžio Kubernetes tinklo aplinką:

Pasirinkite tinkamą CNI papildinį: Pasirinkite CNI papildinį, kuris geriausiai atitinka jūsų konkrečius reikalavimus, atsižvelgdami į tokius veiksnius kaip mastelio keitimas, saugumas, našumas ir naudojimo paprastumas.
Naudokite tinklo politikas: Įgyvendinkite tinklo politikas, kad kontroliuotumėte srautą tarp pod'ų ir nustatytumėte saugumo ribas.
Stebėkite tinklo našumą: Naudokite stebėjimo įrankius tinklo našumui sekti ir galimoms problemoms nustatyti.
Atnaujinkite CNI papildinius: Reguliariai atnaujinkite savo CNI papildinius, kad pasinaudotumėte klaidų ištaisymais, saugumo pataisomis ir naujomis funkcijomis.
Naudokite specialų IP adresų diapazoną: Priskirkite specialų IP adresų diapazoną savo Kubernetes pod'ams, kad išvengtumėte konfliktų su kitais tinklais.
Planuokite mastelio keitimą: Suprojektuokite savo tinklo infrastruktūrą taip, kad ji atitiktų būsimą augimą ir užtikrintų, kad jūsų CNI papildinys galėtų susidoroti su didėjančiu pod'ų ir mazgų skaičiumi.

CNI papildinių trikčių šalinimas

Tinklų problemos gali būti sudėtingos ir sunkiai šalinamos. Štai keletas dažniausiai pasitaikančių problemų ir kaip jas spręsti:

Pod'as negali prisijungti prie kitų pod'ų:
- Patikrinkite tinklo politikas: Įsitikinkite, kad tinklo politikos neblokuoja srauto.
- Patikrinkite maršruto parinkimo lenteles: Patikrinkite, ar maršruto parinkimo lentelės pagrindiniuose mazguose yra teisingai sukonfigūruotos.
- Patikrinkite DNS raišką: Įsitikinkite, kad DNS raiška klasteryje veikia teisingai.
- Patikrinkite CNI žurnalus: Išnagrinėkite CNI papildinio žurnalus, ar nėra klaidų ar įspėjimų.
Pod'as negali prisijungti prie išorinių paslaugų:
- Patikrinkite išėjimo srauto taisykles: Įsitikinkite, kad išėjimo srauto taisyklės yra teisingai sukonfigūruotos, kad leistų srautą į išorines paslaugas.
- Patikrinkite DNS raišką: Įsitikinkite, kad DNS raiška išoriniams domenams veikia teisingai.
- Patikrinkite ugniasienės taisykles: Patikrinkite, ar ugniasienės taisyklės neblokuoja srauto.
Tinklo našumo problemos:
- Stebėkite tinklo srautą: Naudokite stebėjimo įrankius tinklo srautui sekti ir kliūtims nustatyti.
- Patikrinkite tinklo delsą: Išmatuokite tinklo delsą tarp pod'ų ir mazgų.
- Optimizuokite tinklo konfigūraciją: Optimizuokite tinklo konfigūraciją, kad pagerintumėte našumą.

CNI ir paslaugų tinklai (Service Meshes)

Nors CNI papildiniai tvarko pagrindinį pod'ų tinklų kūrimą, paslaugų tinklai suteikia papildomą funkcionalumo lygmenį mikropaslaugų valdymui ir apsaugai. Paslaugų tinklai, tokie kaip Istio, Linkerd ir Consul Connect, veikia kartu su CNI papildiniais, kad suteiktų tokias funkcijas kaip:

Srauto valdymas: Maršrutizavimas, apkrovos balansavimas ir srauto formavimas.
Saugumas: Abipusis TLS autentifikavimas, autorizavimas ir šifravimas.
Stebimumas: Metrika, sekimas ir žurnalų rinkimas.

Paslaugų tinklai paprastai į kiekvieną pod'ą įterpia „sidecar“ tarpinį serverį, kuris perima visą tinklo srautą ir taiko paslaugų tinklo politikas. CNI papildinys yra atsakingas už pagrindinio tinklo ryšio nustatymą „sidecar“ tarpiniam serveriui, o paslaugų tinklas tvarko sudėtingesnes srauto valdymo ir saugumo funkcijas. Apsvarstykite paslaugų tinklus sudėtingoms mikropaslaugų architektūroms, siekdami pagerinti saugumą, stebimumą ir kontrolę.

Kubernetes tinklų kūrimo ateitis

Kubernetes tinklų kūrimas nuolat vystosi, nuolat atsiranda naujų technologijų ir funkcijų. Kai kurios iš pagrindinių Kubernetes tinklų kūrimo tendencijų apima:

eBPF: eBPF tampa vis populiaresnis tinklų ir saugumo politikų įgyvendinimui Kubernetes dėl savo aukšto našumo ir mažų pridėtinių išlaidų.
Paslaugų tinklų integracija: Tikimasi, kad glaudesnė CNI papildinių ir paslaugų tinklų integracija dar labiau supaprastins mikropaslaugų valdymą ir saugumą.
Daugiaklasterinis tinklų kūrimas: Kadangi organizacijos vis dažniau taiko daugiaklasterines architektūras, sprendimai, skirti tinklams sujungti ir valdyti per kelis Kubernetes klasterius, tampa vis svarbesni.
Debesijos technologijoms pritaikytos tinklo funkcijos (CNF): Kubernetes naudojimas tinklo funkcijoms diegti ir valdyti populiarėja, skatinamas 5G ir kitų pažangių tinklo technologijų priėmimo.

Išvada

Suprasti CNI papildinius yra būtina kuriant ir valdant tvirtas ir keičiamo dydžio Kubernetes aplinkas. Pasirinkdami tinkamą CNI papildinį, teisingai jį sukonfigūruodami ir laikydamiesi geriausių praktikų, galite užtikrinti, kad jūsų Kubernetes programos turėtų reikiamą tinklo ryšį ir saugumą, kad pasiektų sėkmę. Kadangi Kubernetes tinklų kūrimas ir toliau vystosi, svarbu būti informuotiems apie naujausias tendencijas ir technologijas, kad maksimaliai išnaudotumėte šios galingos konteinerių orkestravimo platformos teikiamus privalumus. Nuo mažo masto diegimų iki didelių įmonių aplinkų, apimančių kelis žemynus, CNI papildinių įsisavinimas atveria tikrąjį Kubernetes tinklų kūrimo potencialą.