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k8s-使用Network Policies实现网络隔离

一、需求

Kubernetes 的命名空间主要用于组织和隔离资源，但默认情况下，不同命名空间中的 Pod 之间是可以相互通信的。为了实现更严格的网络隔离，同一套k8s需要根据不同的命名空间进行网络环境隔离，例如开发（dev01）测试（test01）环境。Network Policies 是 Kubernetes 提供的一种机制，用于控制 Pod 间的网络流量。你可以为每个命名空间定义 Network Policies 来限制 Pod 之间的通信。


二、相关解释


  • spec.PodSelector

它是pod选择器，基于标签选择与Network Policy处于同一namespace下的pod，如果pod被选中，则对其应用Network Policy中定义的规则。此为可选字段，当没有此字段时，表示选中所有pod。


  • spec.PolicyTypes

Network Policy定义的规则可以分成两种，一种是入pod的Ingress规则，一种是出pod的Egress规则。本字段可以看作是一个开关，如果其中包含Ingress，则Ingress部分定义的规则生效，如果是Egress则Egress部分定义的规则生效，如果都包含则全部生效。当然此字段也可选，如果没有指定的话，则默认Ingress生效，如果Egress部分有定义的话，Egress才生效。怎么理解这句话，下文会提到，没有明确定义Ingress、Egress部分，它也是一种规则，默认规则而非没有规则。


  • spec.ingress与spec.egress


spec.ingress

和

spec.egress

字段分别用于定义允许进入 Pod 的流量规则和允许离开 Pod 的流量规则。下面详细解释这两个字段的结构和包含的子项。


spec.ingress

结构


spec.egress

结构


示例

假设你有一个 NetworkPolicy，它允许 Pod 接收来自 CIDR 地址范围

192.168.1.0/24

的流量，并允许 Pod 发送流量到 CIDR 地址范围

10.0.0.0/8

，同时只允许通过 TCP 协议的端口 80 和 443 进行通信。


注意事项

  • 适用性: 该 NetworkPolicy 适用于

    my-namespace

    命名空间中的所有 Pod。
  • 流量控制: 控制了 Ingress 和 Egress 流量。
  • CIDR 地址范围:

    192.168.1.0/24

    和

    10.0.0.0/8

    通常用于私有网络。
  • 端口控制: 只允许通过 TCP 协议的端口 80 和 443 进行通信。


三、测试规划


1、创建命名空间

2、创建pod和nodeport

3、应用策略之前测试


4、创建网络策略1-pod隔离


5、创建网络策略2-命名空间隔离


6、创建网络策略3-业务命名空间隔离


四、具体实施


1、创建命名空间

创建测试使用的3个命名空间sub1，sub2，sub3。


如果后面的网络策略使用到

namespaceSelector，在创建命名空间时需要带label，也可在需要时手动添加label。

如果使用的是私有仓库，注意ns要创建docker-secret。

2、创建pod和nodeport

2.1、sub1创建sub1-pod1和sub1-pod1-nodeport，sub1-pod2；

2.2、sub2创建sub2-pod1和sub2-pod1-nodeport，sub2-pod2；

2.3、sub3创建sub3-pod1；

查看创建的资源


3、


应用策略之前测试


在应用网络策略之前测试各pod之间、pod和外网之间是否可以通信。

sub1-pod1 ping sub1-pod2、sub2-pod1、sub3-pod1、qq.com

外部节点ping sub1-pod1-nodeport、sub2-pod1-nodeport

取k8s集群任一节点ip  10.34.106.14

总结：通过以上测试证明未加网络策略之前pod之间，pod外网之间都是互通的。


4、创建网络策略1-pod隔离

策略描述：在sub1中创建策略，使sub1中pod之间无法通信且和其他命名空间pod也无法通信，只能进出外网。

测试流程：

4.1、sub1-pod1、sub1-pod2、sub2-pod1三者之间互ping不通；

4.2、sub1-pod1、sub1-pod2可以ping通外网(包含域名)，外网也能和sub1-pod1-nodeport通信；


本k8s集群pod cidr为：10.243.0.0/16


解释：


  1. podSelector

    :

    {}

    表示选择命名空间中的所有 Pod。

  2. ingress

    : 定义了进入命名空间的流量控制规则。


    • from

      : 表示允许来自哪些来源的流量。

    • ipBlock

      : 表示允许来自除了

      10.243.0.0/16

      CIDR 地址范围之外的所有 IP 地址的流量。

  3. egress

    : 定义了离开命名空间的流量控制规则。


    • to

      : 表示允许流向哪些目的地的流量。

    • ipBlock

      : 表示允许流向除了

      10.243.0.0/16

      CIDR 地址范围之外的所有 IP 地址的流量。

  4. policyTypes

    : 指定 NetworkPolicy 控制的流量类型，这里包括

    Ingress

    和

    Egress

    。


效果：


  • Ingress: 允许所有来源的流量，除了 CIDR 地址范围

    10.243.0.0/16

    。
  • Egress: 允许流向所有目的地的流量，除了 CIDR 地址范围

    10.243.0.0/16

    。


测试：

创建策略

sub1-pod1  ping  sub1-pod2和sub2-pod1 （不通）

sub2-pod1  ping  sub1-pod1和sub1-pod2（不通）

sub1-pod1  ping  外网ip（通）

sub1-pod1  ping  域名（不通）– 因为域名解析服务dns在kube-system空间，而sub1屏蔽了所有空间，下面示例可解决。

外部访问sub1-pod1-nodeport（通）

取k8s集群任一节点ip  10.34.106.14


5、创建网络策略2-命名空间隔离

策略描述：在sub2中创建策略，使sub2中pod之间可以通信但和其他命名空间pod无法通信，也能进出外网。

测试流程：

5.1、sub2-pod1和sub2-pod2之间互ping可通；

5.2、sub2-pod1、sub2-pod2和sub3-pod1之间互ping不通；

5.3、sub2-pod1、sub2-pod2可以ping通外网(包含域名)，外网也能和sub2-pod1-nodeport通信；


解释


  1. podSelector

    :

    {}

    表示选择命名空间中的所有 Pod。

  2. ingress

    : 定义了进入命名空间的流量控制规则。


    • from

      : 表示允许来自哪些来源的流量。

    • ipBlock

      : 表示允许来自除了

      10.243.0.0/16

      CIDR 地址范围之外的所有 IP 地址的流量。

    • namespaceSelector

      : 表示允许来自具有标签

      ns=sub2

      的命名空间中的 Pod 的流量。

    • from

      字段中的

      podSelector: {}

      表示允许来自同一命名空间中的所有 Pod 的流量。

  3. egress

    : 定义了离开命名空间的流量控制规则。


    • to

      : 表示允许流向哪些目的地的流量。

    • ipBlock

      : 表示允许流向除了

      10.243.0.0/16

      CIDR 地址范围之外的所有 IP 地址的流量。

    • namespaceSelector

      : 表示允许流向具有标签

      ns=sub2

      的命名空间中的 Pod 的流量。

    • to

      字段中的

      podSelector: {}

      表示允许流向同一命名空间中的所有 Pod 的流量。

  4. policyTypes

    : 指定 NetworkPolicy 控制的流量类型，这里包括

    Ingress

    和

    Egress

    。


效果

  • Ingress: 允许所有来源的流量，除了 CIDR 地址范围

    10.243.0.0/16

    和来自其他命名空间的流量，如果使用namespaceSelector则允许进入命名空间具有标签

    ns=sub2中的pod，如果使用

    podSelector: {}

    表示允许来自同一命名空间中的所有 Pod 的流量

    。
  • Egress: 允许流向所有目的地的流量，除了 CIDR 地址范围

    10.243.0.0/16

    和流向其他命名空间的流量，如果使用namespaceSelector则允许流向命名空间具有标签

    ns=sub2中的pod，

    如果使用

    podSelector: {}

    表示允许流向同一命名空间中的所有 Pod 的流量

    。


测试

创建策略

外部 访问sub2-pod1-nodeport（通）

取k8s集群任一节点ip  10.34.106.14


6、创建网络策略3-业务命名空间隔离

实际应用中某些命名空间中的pod可能和其他命名空间中的pod有调用关系，还可能用到一些系统命名空间中的服务（如DNS服务），所以不能将某个命名空间完全和其他所有命名空间隔离，只需要将确定没有业务调用的命名空间隔离。

策略描述：更新第5步sub2中创建的策略，使sub2中的pod除了不能和sub3中的pod通信外，和其他所有地址都可通信。

测试流程：

6.1、sub2-pod1和sub2-pod2互ping可通；

6.2、sub2-pod1和kube-system命名空间中的coredns-pod之间互ping可通；

6.3、sub2-pod1和sub3-pod1互ping不通；

6.4、sub2-pod1可以ping通外网（域名），外网也能和sub2-pod1-nodeport通信；

由于没有直接阻止具有某个label的命名空间配置，所有只能间接通过放行具有某些labels的命名空间以达到阻止的目的。

label设置比较灵活，可根据实际情况配置，有一下几种方式可供参考：

1、可以将放行的所有命名空间配置一个统一的label，这样只需要在配置中放行具有这个label的命名空间即可；

2、也可给每个命名空间配置一个label，这样需要在配置中放行各个不同label的命名空间；

3、可以将通用的系统命名空间设置一个统一的label，给业务命名空间配置不同的label；

本例采用第2种，给所有需要放行的命名空间配置不同的label；

命名空间加label

网络隔离配置


解释


  • podSelector

    :

    {}

    表示选择命名空间中的所有 Pod。

  • policyTypes

    :

    Ingress

    和

    Egress

    表示同时控制进入和离开命名空间的流量。

  • ingress

    :

    from

    字段中的

    podSelector: {}

    表示允许来自同一命名空间中的所有 Pod 的流量；

    ipBlock

    表示允许来自除了 Kubernetes 内部网络 CIDR 地址范围10.243.0.0/16

    之外的所有 IP 地址的流量。

  • egress

    :

    to

    字段中的

    podSelector: {}

    表示允许流向同一命名空间中的所有 Pod 的流量；

    ipBlock

    表示允许流向除了 Kubernetes 内部网络 CIDR 地址范围10.243.0.0/16

    之外的所有 IP 地址的流量。

  • from

    和

    to

    : 使用

    namespaceSelector

    允许放行具有标签

    ns=kube-system、ns=kuboardns、ns=kube-public

    的命名空间中的 Pod 的流量，间接阻止了其他命名空间的流量。


测试

创建策略

sub2-pod1  ping  sub2-pod2（通）

sub2-pod1  ping  kube-system命名空间中的coredns-pod（通）

sub2-pod1  ping  sub3-pod1（不通）

sub2-pod1可以ping通外网、域名（通）

外部 访问sub2-pod1-nodeport（通）

取k8s集群任一节点ip  10.34.106.14

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作者：Gamer

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