Kubernetes tīklošana: padziļināts ieskats CNI spraudņos

Kubernetes ir radījis revolūciju konteineru orķestrēšanā, ļaujot izvietot un pārvaldīt lietojumprogrammas lielā mērogā. Kubernetes tīklošanas pamatā ir Container Network Interface (CNI) — standarta saskarne, kas ļauj Kubernetes strādāt ar dažādiem tīklošanas risinājumiem. CNI spraudņu izpratne ir būtiska, lai izveidotu stabilas un mērogojamas Kubernetes vides. Šajā visaptverošajā rokasgrāmatā detalizēti izpētīsim CNI spraudņus, aplūkojot to lomu, populārākās opcijas, konfigurāciju un labākās prakses.

Kas ir Container Network Interface (CNI)?

Container Network Interface (CNI) ir Cloud Native Computing Foundation (CNCF) izstrādāta specifikācija tīkla saskarņu konfigurēšanai Linux konteineros. Tā nodrošina standarta API, kas ļauj Kubernetes mijiedarboties ar dažādiem tīklošanas pakalpojumu sniedzējiem. Šī standartizācija padara Kubernetes ļoti elastīgu un ļauj lietotājiem izvēlēties tīklošanas risinājumu, kas vislabāk atbilst viņu vajadzībām.

CNI spraudņi ir atbildīgi par šādiem uzdevumiem:

Tīkla resursu piešķiršana: IP adrešu un citu tīkla parametru piešķiršana podiem.
Konteinera tīkla konfigurēšana: Tīkla saskarņu iestatīšana konteinerā.
Konteineru savienošana ar tīklu: Konteineru integrēšana kopējā Kubernetes tīklā.
Tīkla resursu attīrīšana: Resursu atbrīvošana, kad podi tiek pārtraukti.

Kā darbojas CNI spraudņi

Kad Kubernetes tiek izveidots jauns pods, kubelet (aģents, kas darbojas katrā mezglā) izsauc CNI spraudni, lai konfigurētu poda tīklu. Process parasti ietver šādus soļus:

Kubelet saņem pieprasījumu izveidot podu.
Kubelet nosaka, kuru CNI spraudni izmantot, pamatojoties uz klastera konfigurāciju.
Kubelet izsauc CNI spraudni, sniedzot informāciju par podu, piemēram, tā nosaukumvietu, nosaukumu un iezīmes.
CNI spraudnis piešķir podam IP adresi no iepriekš definēta IP adrešu diapazona.
CNI spraudnis izveido virtuālo tīkla saskarņu pāri (veth pair) resursdatora mezglā. Viens veth pāra gals tiek pievienots poda tīkla nosaukumvietai, bet otrs gals paliek resursdatora tīkla nosaukumvietā.
CNI spraudnis konfigurē poda tīkla nosaukumvietu, iestatot IP adresi, vārteju un maršrutus.
CNI spraudnis atjaunina maršrutēšanas tabulas resursdatora mezglā, lai nodrošinātu, ka datplūsma uz podu un no tā tiek pareizi maršrutēta.

Populāri CNI spraudņi

Ir pieejami vairāki CNI spraudņi, katram no tiem ir savas funkcijas, priekšrocības un trūkumi. Šeit ir daži no populārākajiem CNI spraudņiem:

Calico

Pārskats: Calico ir plaši izmantots CNI spraudnis, kas nodrošina mērogojamu un drošu tīklošanas risinājumu Kubernetes. Tas atbalsta gan pārklājuma, gan bezpārklājuma tīklošanas modeļus un piedāvā uzlabotas tīkla politikas funkcijas.

Galvenās iezīmes:

Tīkla politika: Calico tīkla politikas dzinējs ļauj definēt detalizētus piekļuves kontroles noteikumus podiem. Šīs politikas var balstīties uz podu iezīmēm, nosaukumvietām un citiem kritērijiem.
BGP maršrutēšana: Calico var izmantot BGP (Border Gateway Protocol), lai paziņotu podu IP adreses pamatā esošajai tīkla infrastruktūrai. Tas novērš nepieciešamību pēc pārklājuma tīkliem un uzlabo veiktspēju.
IP adrešu pārvaldība (IPAM): Calico ietver savu IPAM sistēmu, kas automātiski piešķir IP adreses podiem.
Šifrēšana: Calico atbalsta tīkla datplūsmas šifrēšanu, izmantojot WireGuard vai IPsec.

Lietošanas piemērs: Finanšu iestāde izmanto Calico, lai ieviestu stingras drošības politikas starp dažādiem mikropakalpojumiem savā Kubernetes klasterī. Piemēram, novēršot tiešu saziņu starp priekšgala un datu bāzes podiem, piespiežot visu datu bāzes piekļuvi veikt caur īpašu API slāni.

Flannel

Pārskats: Flannel ir vienkāršs un viegls CNI spraudnis, kas izveido pārklājuma tīklu Kubernetes. To ir viegli iestatīt un konfigurēt, padarot to par populāru izvēli mazākiem izvietojumiem vai lietotājiem, kuri ir jauni Kubernetes tīklošanas jomā.

Galvenās iezīmes:

Pārklājuma tīkls: Flannel izveido virtuālu tīklu virs esošās tīkla infrastruktūras. Podi sazinās savā starpā, izmantojot šo pārklājuma tīklu.
Vienkārša konfigurācija: Flannel ir viegli konfigurējams un prasa minimālu iestatīšanu.
Vairāki aizmugursistēmas (backends): Flannel atbalsta dažādas aizmugursistēmas pārklājuma tīklam, tostarp VXLAN, host-gw un UDP.

Lietošanas piemērs: Jaunuzņēmums izmanto Flannel savam sākotnējam Kubernetes izvietojumam tā vienkāršības un vieglās konfigurācijas dēļ. Viņi prioritizē ātru lietojumprogrammas darbības uzsākšanu pār uzlabotām tīklošanas funkcijām.

Weave Net

Pārskats: Weave Net ir vēl viens populārs CNI spraudnis, kas izveido pārklājuma tīklu Kubernetes. Tas piedāvā virkni funkciju, tostarp automātisku IP adrešu pārvaldību, tīkla politiku un šifrēšanu.

Galvenās iezīmes:

Automātiska IP adrešu pārvaldība: Weave Net automātiski piešķir IP adreses podiem un pārvalda IP adrešu diapazonu.
Tīkla politika: Weave Net ļauj definēt tīkla politikas, lai kontrolētu datplūsmu starp podiem.
Šifrēšana: Weave Net atbalsta tīkla datplūsmas šifrēšanu, izmantojot AES-GCM.
Servisu atklāšana: Weave Net nodrošina iebūvētu servisu atklāšanu, ļaujot podiem viegli atrast un savienoties savā starpā.

Lietošanas piemērs: Programmatūras izstrādes uzņēmums izmanto Weave Net savām izstrādes un testēšanas vidēm. Automātiskā IP adrešu pārvaldība un servisu atklāšanas funkcijas vienkāršo lietojumprogrammu izvietošanu un pārvaldību šajās vidēs.

Cilium

Pārskats: Cilium ir CNI spraudnis, kas izmanto eBPF (extended Berkeley Packet Filter), lai nodrošinātu augstas veiktspējas tīklošanu un drošību Kubernetes. Tas piedāvā uzlabotas funkcijas, piemēram, tīkla politiku, slodzes līdzsvarošanu un novērojamību.

Galvenās iezīmes:

eBPF balstīta tīklošana: Cilium izmanto eBPF, lai ieviestu tīklošanas un drošības politikas kodola līmenī. Tas nodrošina augstu veiktspēju un zemu pieskaitāmo izmaksu.
Tīkla politika: Cilium atbalsta uzlabotas tīkla politikas funkcijas, ieskaitot L7 politikas piemērošanu.
Slodzes līdzsvarošana: Cilium nodrošina iebūvētu slodzes līdzsvarošanu Kubernetes servisiem.
Novērojamība: Cilium nodrošina detalizētu tīkla datplūsmas novērojamību, ļaujot jums uzraudzīt un novērst tīkla problēmas.

Lietošanas piemērs: Liels e-komercijas uzņēmums izmanto Cilium, lai apstrādātu lielus datplūsmas apjomus un ieviestu stingras drošības politikas. eBPF balstītā tīklošana un slodzes līdzsvarošanas iespējas nodrošina optimālu veiktspēju, savukārt uzlabotās tīkla politikas funkcijas aizsargā pret potenciāliem draudiem.

Pareizā CNI spraudņa izvēle

Piemērota CNI spraudņa izvēle ir atkarīga no jūsu Kubernetes vides specifiskajām prasībām. Apsveriet šādus faktorus:

Mērogojamība: Vai CNI spraudnis spēj apstrādāt paredzamo podu un mezglu skaitu jūsu klasterī?
Drošība: Vai CNI spraudnis nodrošina nepieciešamās drošības funkcijas, piemēram, tīkla politiku un šifrēšanu?
Veiktspēja: Vai CNI spraudnis piedāvā pieņemamu veiktspēju jūsu lietojumprogrammām?
Lietošanas ērtums: Cik viegli ir iestatīt, konfigurēt un uzturēt CNI spraudni?
Funkcijas: Vai CNI spraudnis nodrošina jums nepieciešamās funkcijas, piemēram, IP adrešu pārvaldību, servisu atklāšanu un novērojamību?
Kopienas atbalsts: Vai CNI spraudni aktīvi uztur un atbalsta spēcīga kopiena?

Vienkāršiem izvietojumiem var pietikt ar Flannel. Sarežģītākām vidēm ar stingrām drošības prasībām Calico vai Cilium varētu būt labāka izvēle. Weave Net nodrošina labu līdzsvaru starp funkcijām un lietošanas ērtumu. Novērtējiet savas specifiskās vajadzības un izvēlieties CNI spraudni, kas vislabāk atbilst jūsu prasībām.

CNI spraudņu konfigurēšana

CNI spraudņi parasti tiek konfigurēti, izmantojot CNI konfigurācijas failu, kas ir JSON fails, kurā norādīti spraudņa iestatījumi. CNI konfigurācijas faila atrašanās vietu nosaka kubelet karodziņš --cni-conf-dir. Pēc noklusējuma šis karodziņš ir iestatīts uz /etc/cni/net.d.

CNI konfigurācijas fails satur šādu informāciju:

cniVersion: CNI specifikācijas versija.
name: Tīkla nosaukums.
type: Izmantojamā CNI spraudņa nosaukums.
capabilities: Spraudņa atbalstīto iespēju saraksts.
ipam: IP adrešu pārvaldības konfigurācija.
plugins: (Neobligāti) Papildu CNI spraudņu saraksts, kas jāpalaiž.

Šeit ir CNI konfigurācijas faila piemērs Flannel:

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

Šis konfigurācijas fails norāda Kubernetes izmantot Flannel CNI spraudni, lai izveidotu tīklu ar nosaukumu "mynet". Sadaļa delegate norāda papildu konfigurācijas opcijas Flannel spraudnim.

Konkrētās konfigurācijas opcijas atšķiras atkarībā no izmantotā CNI spraudņa. Sīkāku informāciju par pieejamajām konfigurācijas opcijām skatiet izvēlētā CNI spraudņa dokumentācijā.

CNI spraudņu labākās prakses

Ievērojiet šīs labākās prakses, lai nodrošinātu stabilu un mērogojamu Kubernetes tīklošanas vidi:

Izvēlieties pareizo CNI spraudni: Izvēlieties CNI spraudni, kas vislabāk atbilst jūsu specifiskajām prasībām, ņemot vērā tādus faktorus kā mērogojamība, drošība, veiktspēja un lietošanas ērtums.
Izmantojiet tīkla politikas: Ieviesiet tīkla politikas, lai kontrolētu datplūsmu starp podiem un ieviestu drošības robežas.
Pārraugiet tīkla veiktspēju: Izmantojiet uzraudzības rīkus, lai sekotu tīkla veiktspējai un identificētu potenciālās problēmas.
Atjauniniet CNI spraudņus: Regulāri atjauniniet savus CNI spraudņus, lai gūtu labumu no kļūdu labojumiem, drošības ielāpiem un jaunām funkcijām.
Izmantojiet īpašu IP adrešu diapazonu: Piešķiriet īpašu IP adrešu diapazonu saviem Kubernetes podiem, lai izvairītos no konfliktiem ar citiem tīkliem.
Plānojiet mērogojamību: Izstrādājiet savu tīkla infrastruktūru, lai pielāgotos nākotnes izaugsmei un nodrošinātu, ka jūsu CNI spraudnis spēj apstrādāt pieaugošo podu un mezglu skaitu.

CNI spraudņu problēmu novēršana

Tīklošanas problēmas var būt sarežģītas un grūti novēršamas. Šeit ir dažas bieži sastopamas problēmas un kā tās risināt:

Pods nevar izveidot savienojumu ar citiem podiem:
- Pārbaudiet tīkla politikas: Pārliecinieties, ka tīkla politikas nebloķē datplūsmu.
- Pārbaudiet maršrutēšanas tabulas: Pārbaudiet, vai maršrutēšanas tabulas resursdatora mezglos ir pareizi konfigurētas.
- Pārbaudiet DNS izšķiršanu: Pārliecinieties, ka DNS izšķiršana klasterī darbojas pareizi.
- Pārbaudiet CNI žurnālus: Pārbaudiet CNI spraudņa žurnālus, vai tajos nav kļūdu vai brīdinājumu.
Pods nevar izveidot savienojumu ar ārējiem servisiem:
- Pārbaudiet izejošās datplūsmas noteikumus: Pārliecinieties, ka izejošās datplūsmas noteikumi ir pareizi konfigurēti, lai atļautu datplūsmu uz ārējiem servisiem.
- Pārbaudiet DNS izšķiršanu: Pārliecinieties, ka DNS izšķiršana ārējiem domēniem darbojas pareizi.
- Pārbaudiet ugunsmūra noteikumus: Pārbaudiet, vai ugunsmūra noteikumi nebloķē datplūsmu.
Tīkla veiktspējas problēmas:
- Pārraugiet tīkla datplūsmu: Izmantojiet uzraudzības rīkus, lai sekotu tīkla datplūsmai un identificētu vājās vietas.
- Pārbaudiet tīkla latentumu: Izmēriet tīkla latentumu starp podiem un mezgliem.
- Optimizējiet tīkla konfigurāciju: Optimizējiet tīkla konfigurāciju, lai uzlabotu veiktspēju.

CNI un servisu tīkli

Kamēr CNI spraudņi nodrošina pamata podu tīklošanu, servisu tīkli (service meshes) nodrošina papildu funkcionalitātes slāni mikropakalpojumu pārvaldībai un drošībai. Servisu tīkli, piemēram, Istio, Linkerd un Consul Connect, darbojas kopā ar CNI spraudņiem, lai nodrošinātu tādas funkcijas kā:

Datplūsmas pārvaldība: Maršrutēšana, slodzes līdzsvarošana un datplūsmas veidošana.
Drošība: Savstarpējā TLS autentifikācija, autorizācija un šifrēšana.
Novērojamība: Metrikas, trasēšana un žurnālēšana.

Servisu tīkli parasti katrā podā ievieto sānķēdes starpniekserveri (sidecar proxy), kas pārtver visu tīkla datplūsmu un piemēro servisu tīkla politikas. CNI spraudnis ir atbildīgs par pamata tīkla savienojamības iestatīšanu sānķēdes starpniekserverim, kamēr servisu tīkls nodarbojas ar sarežģītākām datplūsmas pārvaldības un drošības funkcijām. Apsveriet servisu tīklus sarežģītām mikropakalpojumu arhitektūrām, lai uzlabotu drošību, novērojamību un kontroli.

Kubernetes tīklošanas nākotne

Kubernetes tīklošana nepārtraukti attīstās, un visu laiku parādās jaunas tehnoloģijas un funkcijas. Dažas no galvenajām tendencēm Kubernetes tīklošanā ietver:

eBPF: eBPF kļūst arvien populārāks tīklošanas un drošības politiku ieviešanai Kubernetes, pateicoties tā augstajai veiktspējai un zemajām pieskaitāmajām izmaksām.
Servisu tīklu integrācija: Tiek sagaidīts, ka ciešāka integrācija starp CNI spraudņiem un servisu tīkliem vēl vairāk vienkāršos mikropakalpojumu pārvaldību un drošību.
Vairāku klasteru tīklošana: Tā kā organizācijas arvien vairāk pieņem vairāku klasteru arhitektūras, risinājumi tīklu savienošanai un pārvaldīšanai vairākos Kubernetes klasteros kļūst arvien svarīgāki.
Mākoņnatīvās tīkla funkcijas (CNFs): Kubernetes izmantošana tīkla funkciju izvietošanai un pārvaldīšanai gūst popularitāti, ko veicina 5G un citu progresīvu tīklošanas tehnoloģiju ieviešana.

Noslēgums

CNI spraudņu izpratne ir būtiska, lai izveidotu un pārvaldītu stabilas un mērogojamas Kubernetes vides. Izvēloties pareizo CNI spraudni, to pareizi konfigurējot un ievērojot labākās prakses, jūs varat nodrošināt, ka jūsu Kubernetes lietojumprogrammām ir nepieciešamā tīkla savienojamība un drošība, lai gūtu panākumus. Tā kā Kubernetes tīklošana turpina attīstīties, ir svarīgi būt informētam par jaunākajām tendencēm un tehnoloģijām, lai maksimāli izmantotu šīs jaudīgās konteineru orķestrēšanas platformas priekšrocības. No maza mēroga izvietojumiem līdz lieliem uzņēmumu vidēm, kas aptver vairākus kontinentus, CNI spraudņu apgūšana atslēdz patieso Kubernetes tīklošanas potenciālu.