理解 Kubernetes 网络的复杂迷宫

2023-12-31 01:25:21

Kubernetes（K8s）是一个功能强大的容器编排平台，它为我们提供了管理和部署容器化应用程序的前所未有的灵活性。然而，K8s 的网络层却以其错综复杂的架构和术语而闻名。为了更好地理解和掌握 Kubernetes 网络，我们将深入探讨其核心组件和工作原理，并提供一些实用的解决方案和最佳实践。

Kubernetes 网络基础

Kubernetes 的网络功能是基于容器网络接口（CNI）构建的。CNI 插件为容器提供了与底层网络通信的能力，同时隐藏了网络配置的复杂性。K8s 集群中的核心网络组件包括 Pod 网络、Service 网络、集群 IP、NodePort、负载均衡器和 Ingress。

Pod 网络

Pod 网络是 Kubernetes 网络的基础。每个 Pod 都运行在一个独立的网络命名空间中，这个命名空间提供了容器间的隔离和安全性。Pod 网络通常通过 CNI 插件（如 Flannel 或 Calico）进行配置。

CNI 插件

CNI 插件负责为每个 Pod 分配 IP 地址、配置路由，并在 Pod 之间建立连接。以下是一个使用 Flannel 插件的示例配置：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: FlannelNetworkPolicy
metadata:
  name: example-policy
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: example
  policyTypes:
  - Ingress
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 192.168.0.0/16

配置示例

以下是一个使用 Flannel 的 Pod 网络配置示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: FlannelNetworkPolicy
metadata:
  name: example-policy
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: example
  policyTypes:
  - Ingress
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 192.168.0.0/16

Service 网络

Service 是 Kubernetes 中的一种抽象，它为 Pod 提供了稳定的网络端点。Service 通过一个专用的集群 IP 地址访问 Pod，从而实现了 Pod 之间的通信。

Service 类型

Kubernetes 支持多种类型的 Service，包括 ClusterIP、NodePort 和 LoadBalancer。

ClusterIP：仅允许集群内部访问。
NodePort：通过指定的 NodePort 允许外部访问。
LoadBalancer：使用云提供商的负载均衡器将外部流量分发到多个节点。

示例配置

以下是一个使用 NodePort 的 Service 配置示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: example-service
spec:
  selector:
    app: example
  type: NodePort
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

NodePort 和 LoadBalancer

NodePort 允许外部流量通过特定端口访问 Service，而 LoadBalancer 则使用云提供商的负载均衡器将外部流量分发到多个节点上。

NodePort 示例

以下是一个使用 NodePort 的 Service 配置示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: example-service
spec:
  selector:
    app: example
  type: NodePort
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

LoadBalancer 示例

以下是一个使用 LoadBalancer 的 Service 配置示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: example-service
spec:
  selector:
    app: example
  type: LoadBalancer
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

Ingress

Ingress 是 Kubernetes 中的一个 API 对象，它负责控制对 Service 的外部访问。Ingress 通常使用 Ingress 控制器（如 NGINX 或 Traefik）进行配置。

Ingress 控制器

Ingress 控制器负责处理来自客户端的 HTTP 和 HTTPS 请求，并将其路由到相应的 Service。以下是一个使用 NGINX 作为 Ingress 控制器的示例配置：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: example-service
            port:
              number: 80