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。

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。

使用 podSelector 进行吊舱间的通信：

 - namespaceSelector:
    matchLabels:
      project: myproject 

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。：

 - namespaceSelector:
    matchLabels:
      project: myproject
 - podSelector:
    matchLabels:
      role: frontend 

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。

 - ipBlock:
        cidr: 172.17.0.0/16
        except:
        - 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：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: backend
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 172.17.0.0/16
        except:
        - 192.168.1.0/24
    - 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

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。

spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: backend
  policyTypes:
  - Ingress
  - 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。

ingress:
 - from:
  - ipBlock:
      cidr: 172.17.0.0/16
      except:
      - 192.168.1.0/24
  - namespaceSelector:
      matchLabels:
        project: myproject
  - podSelector:
      matchLabels:
        role: frontend
 

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

egress:
 - to:
  - ipBlock:
      cidr: 10.0.0.0/24
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 5978
 

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。