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。

  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：

   - namespaceSelector:
      matchLabels:
        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。：

   - namespaceSelector:
      matchLabels:
        project: myproject
   - podSelector:
      matchLabels:
        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。

   - 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
    • myproject: 允许来自此命名空间并具有相同标签 project=myproject 的所有吊舱。
    • 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。