容器技术 k8s networkpolicy 浅析

熄灯勿语
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携手创作，共同成长！这是我参与「掘金日新计划 · 8 月更文挑战」的第30天。

NetWorkPolicy 是通过网络插件实现，所以必须使用一个支持NetworkPolicy的网络解决方案-仅创建一个资源没有控制器来实现将不会起作用.

Pod 之间互通，是通过如下三个标识符的组合来辩识的：

  • 其他被允许的 Pods（例外：Pod 无法阻塞对自身的访问）
  • 被允许的名称空间
  • IP 组块（例外：与 Pod 运行所在的节点的通信总是被允许的， 无论 Pod 或节点的 IP 地址）

image.png

一、Pod隔离与非隔离

  • 默认情况下，Pod网络都是非隔离的（non-isolated），可以接受来自任何请求方的网络请求。
  • 如果一个 NetworkPolicy 的标签选择器选中了某个 Pod，则该 Pod 将变成隔离的（isolated），并将拒绝任何不被 NetworkPolicy 许可的网络连接。
  • 网络管理不会互相冲突，他们是叠加的，如果任何一个策略选择了一个pod，这个pod就会在这些ingress/egress规则范围内，规则顺序不会影响结果。

二、 NetWorkPolicy 申明

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: default
spec:
  podSelector:  ## 选中指定Pod
    matchLabels:
      role: db
  policyTypes:  ## 定义上面Pod的入站出站规则
  - Ingress
  - Egress
  ingress:    ## 定义入站白名单
  - 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:  ## 定义出站白名单
  - to:
    - ipBlock:
        cidr: 10.0.0.0/24
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 5978
  • 基本信息：  同其他的 Kubernetes 对象一样，NetworkPolicy 需要 apiVersion、kind、metadata 字段
  • spec：NetworkPolicy的spec字段包含了定义网络策略的主要信息：
    •  podSelector： 同名称空间中，符合此标签选择器 .spec.podSelector 的 Pod 都将应用这个 NetworkPolicy。上面的 Example中的 podSelector 选择了 role=db 的 Pod。如果该字段为空，则将对名称空间中所有的 Pod 应用这个 NetworkPolicy；
    •  policyTypes： .spec.policyTypes 是一个数组类型的字段，该数组中可以包含 Ingress、Egress 中的一个，也可能两个都包含。该字段标识了此 NetworkPolicy 是否应用到 入方向的网络流量、出方向的网络流量、或者两者都有。如果不指定 policyTypes 字段，该字段默认将始终包含 Ingress，当 NetworkPolicy 中包含出方向的规则时，Egress 也将被添加到默认值；
    •  ingress：ingress是一个数组，代表入方向的白名单规则。每一条规则都将允许与from和ports匹配的入方向的网络流量发生。例子中的ingress包含了一条规则，允许的入方向网络流量必须符合如下条件：Pod 的监听端口为 6379，请求方可以是如下三种来源当中的任意一种：ipBlock 为 172.17.0.0/16 网段，但是不包括 172.17.1.0/24 网段、namespaceSelector 标签选择器，匹配标签为 project=myproject、podSelector 标签选择器，匹配标签为 role=frontend；
    •  egress：egress是一个数组，代表出方向的白名单规则。每一条规则都将允许与to和ports匹配的出方向的网络流量发生。例子中的egress允许的出方向网络流量必须符合如下条件：目标端口为 5978、目标 ipBlock 为 10.0.0.0/24 网段；

因此，例子中的 NetworkPolicy 对网络流量做了如下限制：

  • 隔离了 default 名称空间中带有 role=db 标签的所有 Pod 的入方向网络流量和出方向网络流量
  • Ingress规则（入方向白名单规则）：当请求方是如下三种来源当中的任意一种时，允许访问default名称空间中所有带role=db标签的 Pod 的6379端口：ipBlock 为 172.17.0.0/16 网段，但是不包括 172.17.1.0/24 网段、namespaceSelector 标签选择器，匹配标签为 project=myproject、podSelector 标签选择器，匹配标签为 role=frontend；
  • Egress规则（出方向白名单规则）：当如下条件满足时，允许出方向的网络流量：目标端口为 5978、目标 ipBlock 为 10.0.0.0/24 网段；

三、to和from选择器的行为

NetworkPolicy 的 .spec.ingress.from 和 .spec.egress.to 字段中，可以指定 4 种类型的标签选择器：

  • podSelector 选择与 NetworkPolicy 同名称空间中的 Pod 作为入方向访问控制规则的源或者出方向访问控制规则的目标
  • namespaceSelector 选择某个名称空间（其中所有的Pod）作为入方向访问控制规则的源或者出方向访问控制规则的目标
  • namespaceSelector 和 podSelector 在一个 to / from 条目中同时包含 namespaceSelector 和 podSelector 将选中指定名称空间中的指定 Pod。此时请特别留意 YAML 的写法，如下所示：
...
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          user: alice
      podSelector:
        matchLabels:
          role: client
  ...

该例子中，podSelector 前面没有 - 减号，namespaceSelector 和 podSelector 是同一个 from 元素的两个字段，将选中带 user=alice 标签的名称空间中所有带 role=client 标签的 Pod。但是，下面的这个 NetworkPolicy 含义是不一样的：

...
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          user: alice
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: client
  ...

后者，podSelector 前面带 - 减号，说明 namespaceSelector 和 podSelector 是 from 数组中的两个元素，他们将选中 NetworkPolicy 同名称空间中带 role=client 标签的对象，以及带 user=alice 标签的名称空间的所有 Pod。

前者是交集关系（且），后者是并集关系（或）

ipBlock 可选择 IP CIDR 范围作为入方向访问控制规则的源或者出方向访问控制规则的目标。这里应该指定的是集群外部的 IP，因为集群内部 Pod 的 IP 地址是临时分配的，且不可预测。

集群的入方向和出方向网络机制通常需要重写网络报文的 source 或者 destination IP。kubernetes 并未定义应该在处理 NetworkPolicy 之前还是之后再修改 source / destination IP，因此，在不同的云供应商、使用不同的网络插件时，最终的行为都可能不一样。这意味着：

  • 对于入方向的网络流量，某些情况下，你可以基于实际的源 IP 地址过滤流入的报文；在另外一些情况下，NetworkPolicy 所处理的 "source IP" 可能是 LoadBalancer 的 IP 地址，或者其他地址
  • 对于出方向的网络流量，基于 ipBlock 的策略可能有效，也可能无效
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