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Kubernetes 网络策略基础

在你通过 Kubernetes 部署一个应用之前,了解 Kubernetes 的网络策略是一个基本的要求。

作者:Mike Calizo来源:Linux中国|2021-11-22 08:50

在你通过 Kubernetes 部署一个应用之前,了解 Kubernetes 的网络策略是一个基本的要求。

随着越来越多的云原生应用程序通过 Kubernetes 部署到生产环境,安全性是你必须在早期就需要考虑的一个重要检查项。在设计云原生应用程序时,预先嵌入安全策略非常重要。不这样做会导致后续的安全问题,从而导致项目延迟,并最终给你带来不必要的压力和金钱投入。

这么多年来,人们总是把安全留到最后,直到他们的部署即将发布到生产环境时才考虑安全。这种做法会导致项目交付的延迟,因为每个组织都有要遵守的安全标准,这些规定被绕过或不遵守,并承受大量的风险才得以实现可交付成果。

对于刚开始学习 Kubernetes 实施的人来说,理解 Kubernetes 网络策略NetworkPolicy 可能会令人生畏。但这是在将应用程序部署到 Kubernetes 集群之前必须了解的基本要求之一。在学习 Kubernetes 和云原生应用程序时,请把“不要把安全抛在脑后!”定为你的口号。

NetworkPolicy 概念

网络策略NetworkPolicy 取代了你所知道的数据中心环境中的防火墙设备 —— 如吊舱Pod之于计算实例、网络插件之于路由器和交换机,以及卷之于存储区域网络(SAN)。

默认情况下,Kubernetes 网络策略允许 吊舱Pod 从任何地方接收流量。如果你不担心吊舱的安全性,那么这可能没问题。但是,如果你正在运行关键工作负载,则需要保护吊舱。控制集群内的流量(包括入口和出口流量),可以通过网络策略来实现。

要启用网络策略,你需要一个支持网络策略的网络插件。否则,你应用的任何规则都将变得毫无用处。

Kubernetes.io 上列出了不同的网络插件:

  • CNI 插件:遵循 容器网络接口Container Network Interface(CNI)规范,旨在实现互操作性。
    • Kubernetes 遵循 CNI 规范的 v0.4.0 版本。
  • Kubernetes 插件:使用桥接器和主机本地 CNI 插件实现基本的 cbr0

应用网络策略

要应用网络策略,你需要一个工作中的 Kubernetes 集群,并有支持网络策略的网络插件。

但首先,你需要了解如何在 Kubernetes 的环境使用网络策略。Kubernetes 网络策略允许 吊舱 从任何地方接收流量。这并不是理想情况。为了吊舱安全,你必须了解吊舱是可以在 Kubernetes 架构内进行通信的端点。

1、使用 podSelector 进行吊舱间的通信:

  1. - namespaceSelector:
  2.     matchLabels:
  3.       project: myproject

2、使用 namespaceSelector 和/或 podSelector 和 namespaceSelector 的组合进行命名空间之间的通信和命名空间到吊舱的通信。:

  1. - namespaceSelector:
  2.     matchLabels:
  3.       project: myproject
  4. - podSelector:
  5.     matchLabels:
  6.       role: frontend

3、对于吊舱的 IP 块通信,使用 ipBlock 定义哪些 IP CIDR 块决定源和目的。

  1. - ipBlock:
  2.         cidr: 172.17.0.0/16
  3.         except:
  4.         - 172.17.1.0/24

注意吊舱、命名空间和基于 IP 的策略之间的区别。对于基于吊舱和命名空间的网络策略,使用选择器来控制流量,而对基于 IP 的网络策略,使用 IP 块(CIDR 范围)来定义控制。

把它们放在一起,一个网络策略应如下所示:

  1. apiVersion: networking.k8s.io/v1
  2. kind: NetworkPolicy
  3. metadata:
  4.   name: test-network-policy
  5.   namespace: default
  6. spec:
  7.   podSelector:
  8.     matchLabels:
  9.       app: backend
  10.   policyTypes:
  11.   - Ingress
  12.   - Egress
  13.   ingress:
  14.   - from:
  15.     - ipBlock:
  16.         cidr: 172.17.0.0/16
  17.         except:
  18.         - 192.168.1.0/24
  19.     - namespaceSelector:
  20.         matchLabels:
  21.           project: myproject
  22.     - podSelector:
  23.         matchLabels:
  24.           role: frontend
  25.     ports:
  26.     - protocol: TCP
  27.       port: 6379
  28.   egress:
  29.   - to:
  30.     - ipBlock:
  31.         cidr: 10.0.0.0/24
  32.     ports:
  33.     - protocol: TCP
  34.       port: 5978

参考上面的网络策略,请注意 spec 部分。在此部分下,带有标签 app=backend 的 podSelector 是我们的网络策略的目标。简而言之,网络策略保护给定命名空间内称为 backend 的应用程序。

此部分也有 policyTypes 定义。此字段指示给定策略是否适用于选定吊舱的入口流量、选定吊舱的出口流量,或两者皆有。

  1. spec:
  2.   podSelector:
  3.     matchLabels:
  4.       app: backend
  5.   policyTypes:
  6.   - Ingress
  7.   - Egress

现在,请看 Ingress(入口)和 Egress(出口)部分。该定义规定了网络策略的控制。

首先,检查 ingress from 部分。

此实例中,网络策略允许从以下位置进行吊舱连接:

  • ipBlock
    • 允许 172.17.0.0/16
    • 拒绝 192.168.1.0/24
  • namespaceSelector
    • myproject: 允许来自此命名空间并具有相同标签 project=myproject 的所有吊舱。
  • podSelector
    • frontend: 允许与标签 role=frontend 匹配的吊舱。
  1. ingress:
  2. - from:
  3.   - ipBlock:
  4.       cidr: 172.17.0.0/16
  5.       except:
  6.       - 192.168.1.0/24
  7.   - namespaceSelector:
  8.       matchLabels:
  9.         project: myproject
  10.   - podSelector:
  11.       matchLabels:
  12.         role: frontend
  13.  

现在,检查 egress to 部分。这决定了从吊舱出去的连接:

  • ipBlock
    • 10.0.0.0/24: 允许连接到此 CIDR
    • Ports: 允许使用 TCP 和端口 5978 进行连接
  1. egress:
  2. - to:
  3.   - ipBlock:
  4.       cidr: 10.0.0.0/24
  5.   ports:
  6.   - protocol: TCP
  7.     port: 5978
  8.  

网络策略的限制

仅靠网络策略无法完全保护你的 Kubernetes 集群。你可以使用操作系统组件或 7 层网络技术来克服已知限制。你需要记住,网络策略只能解决 IP 地址和端口级别的安全问题 —— 即开放系统互联(OSI)中的第 3 层或第 4 层。

为了解决网络策略无法处理的安全要求,你需要使用其它安全解决方案。以下是你需要知道的一些 用例,在这些用例中,网络策略需要其他技术的增强。

总结

了解 Kubernetes 的网络策略很重要,因为它是实现(但不是替代)你通常在数据中心设置中使用的防火墙角色的一种方式,但适用于 Kubernetes。将此视为容器安全的第一层,仅仅依靠网络策略并不是一个完整的安全解决方案。

网络策略使用选择器和标签在吊舱和命名空间上实现安全性。此外,网络策略还可以通过 IP 范围实施安全性。

充分理解网络策略是在 Kubernetes 环境中安全采用容器化的一项重要技能。

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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