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【Kubernetes】Network Policy

Kubernetes要求集群中所有pod,无论是节点内还是跨节点,都可以直接通信,或者说所有pod工作在同一跨节点网络,此网络一般是二层虚拟网络,称为pod网络。在安装引导kubernetes时,由选择并安装的network plugin实现。默认情况下,集群中所有pod之间、pod与节点之间可以互通。

网络主要解决两个问题,一个是连通性,实体之间能够通过网络互通。另一个是隔离性,出于安全、限制网络流量的目的,又要控制实体之间的连通性。Network Policy用来实现隔离性,只有匹配规则的流量才能进入pod,同理只有匹配规则的流量才可以离开pod。

但请注意,kubernetes支持的用以实现pod网络的network plugin有很多种,并不是全部都支持Network Policy,为kubernetes选择network plugin时需要考虑到这点,是否需要隔离?可用network plugin及是否支持Network Policy请参考这里

基本原理

Network Policy是kubernetes中的一种资源类型,它从属于某个namespace。其内容从逻辑上看包含两个关键部分,一是pod选择器,基于标签选择相同namespace下的pod,将其中定义的规则作用于选中的pod。另一个就是规则了,就是网络流量进出pod的规则,其采用的是白名单模式,符合规则的通过,不符合规则的拒绝。

Network Policy对象Spec说明

首先给出示例Spec,结合示例说明Spec中的关键字段与逻辑,关于Spec完全说明参考这里。示例如下:

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apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: test-network-policy
namespace: default
spec:
podSelector:
matchLabels:
role: db
policyTypes:
- Ingress
- Egress
ingress:
- from:
- ipBlock:
cidr: 172.17.0.0/16
except:
- 172.17.1.0/24
- namespaceSelector:
matchLabels:
project: myproject
- podSelector:
matchLabels:
role: frontend
ports:
- protocol: TCP
port: 6379
egress:
- to:
- ipBlock:
cidr: 10.0.0.0/24
ports:
- protocol: TCP
port: 5978

对象创建方法与其它如ReplicaSet相同。apiVersion、kind、metadata与其它类型对象含义相同,不详细描述。

.spec.PodSelector

顾名思义,它是pod选择器,基于标签选择与Network Policy处于同一namespace下的pod,如果pod被选中,则对其应用Network Policy中定义的规则。此为可选字段,当没有此字段时,表示选中所有pod。

.spec.PolicyTypes

Network Policy定义的规则可以分成两种,一种是入pod的Ingress规则,一种是出pod的Egress规则。本字段可以看作是一个开关,如果其中包含Ingress,则Ingress部分定义的规则生效,如果是Egress则Egress部分定义的规则生效,如果都包含则全部生效。当然此字段也可选,如果没有指定的话,则默认Ingress生效,如果Egress部分有定义的话,Egress才生效。怎么理解这句话,下文会提到,没有明确定义Ingress、Egress部分,它也是一种规则,默认规则而非没有规则。

.spec.ingress与.spec.egress

前者定义入pod规则,后者定义出pod规则,详细参考这里,这里只讲一下重点。上例中ingress与egress都只包含一条规则,两者都是数组,可以包含多条规则。当包含多条时,条目之间的逻辑关系是“或”,只要匹配其中一条就可以。

.spec.ingress[].from

也是数组,数组成员对访问pod的外部source进行描述,符合条件的source才可以访问pod,有多种方法,如示例中的ip地址块、名称空间、pod标签等,数组中的成员也是逻辑或的关系。spec.ingress[].from.prots表示允许通过的协议及端口号。

.spec.egress.to

定义的是pod想要访问的外部destination,其它与ingress相同。

默认规则

不定义规则并非没有规则,此时默认规则生效,以下展示默认规则用法。

默认禁止所有入pod流量(Default deny all ingress traffic)

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apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: default-deny
spec:
podSelector: {}
policyTypes:
- Ingress

上例中没有定义pod选择器,表示如果namespace下的某个pod没有被任何Network Policy对象选中,则应用此对象,如果被其它Network Policy选中则不应用此对象。

policyTypes的值为Ingress,表示本例启用Ingress规则。但是本例没有定义具体的Ingress,那就应用默认规则。默认规则禁止所有入pod流量,但例外情况是如果source就是pod运行的节点,则允许通过。

默认允许所有入pod流量(Default allow all ingress traffic)

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apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: allow-all
spec:
podSelector: {}
ingress:
- {}

同样没有定义pod选择器,意义与上例同。注意ingress的定义,这个是有规则的,只是规则中的条目为空,与默认规则不同,表示全部允许通过。

默认禁止所有出pod流量(Default deny all egress traffic)

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apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: default-deny
spec:
podSelector: {}
policyTypes:
- Egress

与默认禁止所有入pod流量(Default deny all ingress traffic)同,只是流量由入变成出

默认允许所有出pod流量(Default allow all egress traffic)

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apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: allow-all
spec:
podSelector: {}
egress:
- {}
policyTypes:
- Egress

与默认允许所有入pod流量(Default allow all ingress traffic)同,只是流量由入变成出。

默认禁止所有入出pod流量(Default deny all ingress and all egress traffic)

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apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: default-deny
spec:
podSelector: {}
policyTypes:
- Ingress
- Egress

无需详解,但请注意,pod与所运行节点之间流量不受Network Policy限制。

In Action

下面通过一个真实示例展示Network Policy普通用法

用Deployment创建nginx pod实例并用service暴露

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$ kubectl run nginx --image=nginx --replicas=2
deployment "nginx" created
$ kubectl expose deployment nginx --port=80
service "nginx" exposed

确认创建结果

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$ kubectl get svc,pod
NAME CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
svc/kubernetes 10.100.0.1 <none> 443/TCP 46m
svc/nginx 10.100.0.16 <none> 80/TCP 33s

NAME READY STATUS RESTARTS AGE
po/nginx-701339712-e0qfq 1/1 Running 0 35s
po/nginx-701339712-o00ef 1/1 Running 0 35s

测试nginx服务连通性

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$ kubectl run busybox --rm -ti --image=busybox /bin/sh
Waiting for pod default/busybox-472357175-y0m47 to be running, status is Pending, pod ready: false

Hit enter for command prompt

/ # wget --spider --timeout=1 nginx
Connecting to nginx (10.100.0.16:80)
/ #

通过创建Network Policy对象添加隔离性

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kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
name: access-nginx
spec:
podSelector:
matchLabels:
run: nginx
ingress:
- from:
- podSelector:
matchLabels:
access: "true"

只允许包含access: “true”标签的pod访问nginx服务。

创建Network Policy

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$ kubectl create -f nginx-policy.yaml
networkpolicy "access-nginx" created

测试隔离性

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$ kubectl run busybox --rm -ti --image=busybox /bin/sh
Waiting for pod default/busybox-472357175-y0m47 to be running, status is Pending, pod ready: false

Hit enter for command prompt

/ # wget --spider --timeout=1 nginx
Connecting to nginx (10.100.0.16:80)
wget: download timed out
/ #

为pod添加access: “true”标签测试连通性

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$ kubectl run busybox --rm -ti --labels="access=true" --image=busybox /bin/sh
Waiting for pod default/busybox-472357175-y0m47 to be running, status is Pending, pod ready: false

Hit enter for command prompt

/ # wget --spider --timeout=1 nginx
Connecting to nginx (10.100.0.16:80)
/ #