使用flannel+canal实现k8s的NetworkPolicy

2019年10月21日 · 阅读需 12 分钟

NetworkPolicy概述

官方说明：网络策略（NetworkPolicy）是一种关于pod间及pod与其他网络端点间所允许的通信规则的规范。简单来说，NetworkPolicy就是对pod进行网络策略控制。用于为Kubernetes实现更为精细的流量控制，实现租户隔离机制。Kubernetes使用标准的资源对象NetworkPolicy供管理员按需定义网络访问控制策略。

NetworkPolicy策略模型

使用network policy资源可以配置pod的网络，networkPolicy是namespace scoped的，他只能影响某个namespace下的pod的网络出入站规则。

metadata 描述信息。
podSelector pod选择器，选定的pod所有的出入站流量要遵循本networkpolicy的约束。
policyTypes 策略类型。包括了Ingress和Egress，默认情况下一个policyTypes的值一定会包含Ingress，当有egress规则时，policyTypes的值中会包含Egress。
ingress入站，即由其他网络端点发往特定Pod组的流量，通常由流量发出的源站点from和流量的目标端口所定义。
egress出站，即由特定的Pod组发往其他网络端点的流量，通常由流量的目标网络端点to和端口ports来进行定义。
port 端口，TCP或UDP的端口号。
to，from 端点，流量目标和流量源相关的组件，它可以是CIDR格式的IP地址块 ipBlock、网络名称空间选择器namespaceSelector匹配的名称空间，或Pod选择器podSelector匹配的Pod组。

对官方示例的说明：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: db
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress
  ingress:
  - 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:
  - to:
    - ipBlock:
        cidr: 10.0.0.0/24
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 5978

该例子的效果如下： 1、default namespace下label包含role=db的pod，都会被隔绝，他们只能建立满足networkPolicy的ingress和egress描述的连接。即2-5点： 2、所有属于172.17.0.0/16网段的ip，除了172.17.1.0/24中的ip，其他的都可以与上述pod的6379端口建立tcp连接。 3、所有包含label：project=myproject的namespace中的pod可以与上述pod的6379端口建立tcp连接； 4、所有default namespace下的label包含role=frontend的pod可以与上述pod的6379端口建立tcp连接； 5、允许上述pod访问网段为10.0.0.0/24的目的ip的5978端口。

NetworkPolicy默认策略

默认情况下，如果名称空间中不存在任何策略，则所有进出该名称空间中的Pod的流量都被允许。以下示例用于更改该名称空间中的默认行为。

默认拒绝所有入口流量通过创建选择所有容器但不允许任何进入这些容器的入口流量的NetworkPolicy来为名称空间创建default隔离策略。这样可以确保即使容器没有选择其他任何NetworkPolicy，也仍然可以被隔离。此策略不会更改默认的出口隔离行为。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress

默认允许所有入口流量如果要允许所有流量进入某个命名空间中的所有Pod（即使添加了导致某些Pod被视为“隔离”的策略），则可以创建一个策略来明确允许该命名空间中的所有流量。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-all
spec:
  podSelector: {}
  ingress:
  - {}
  policyTypes:
  - Ingress

默认拒绝所有出口流量通过创建选择所有容器但不允许来自这些容器的任何出口流量的NetworkPolicy来为名称空间创建default egress隔离策略。这样可以确保即使没有被其他任何NetworkPolicy选择的Pod也不会被允许流出流量。此策略不会更改默认的ingress隔离行为。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Egress

默认允许所有出口流量如果要允许来自命名空间中所有Pod的所有流量（即使添加了导致某些Pod被视为“隔离”的策略），则可以创建一个策略，该策略明确允许该命名空间中的所有出口流量。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-all
spec:
  podSelector: {}
  egress:
  - {}
  policyTypes:
  - Egress

默认拒绝所有入口和所有出口流量为名称空间创建default策略，以通过在该名称空间中创建以下NetworkPolicy来阻止所有入站和出站流量。这样可以确保即使没有被其他任何NetworkPolicy选择的Pod也不会被允许进入或流出流量。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress

NetworkPolicy的实现

kubernetes的网络策略功能本身并不支持，依赖其所使用的网络插件实现。因此，仅在使用那些支持网络策略功能的网络插件时才能够配置网络策略，企业内部可以使用简单的flannel、weave、kube-router等，适合公有云的方案则有calico等。不同的网络实现原理vethpair、bridge、macvlan等并不能统一地支持network policy。每种解决方案各有其特定的网络策略实现方式，它们的实现或依赖于节点自身的功能，或借助于Hypervisor的特性，也可能是网络自身的功能。究其最终的底层实现原理，目前是基于linux iptables实现，使用类似于nf_conntrack检查记录网络流量session从而决定流量是否阻断。

使用flannel+canal实现k8s的NetworkPolicy

Flannel是解决容器网络方案最为普遍和简单的方案，Canal代表了针对云原生应用程序的最佳网络策略解决方案，旨在让用户轻松的将Calico和Flannel网络部署在一起作为统一的网络解决方案，将Calico的网络策略执行和Flannel的叠加及非叠加网络连接选项的丰富功能相结合。在Calico的官方文档的相应部分中描述到此种方案是：用于策略的Calico和用于网络的Flannel相组合。官方文档见：https://docs.projectcalico.org/v3.10/getting-started/kubernetes/installation/flannel

实验环境说明

实验k8s环境是kubeadm搭建的1master+2node最新版本1.16.2版本k8s，cni版本为0.3.1，flannel版本为0.11.0，flannel后端是vxlan模式并且已经开启了Directrouting。

[root@k8s-master-01 ~]# kubectl version
Client Version: version.Info{Major:"1", Minor:"16", GitVersion:"v1.16.2", GitCommit:"c97fe5036ef3df2967d086711e6c0c405941e14b", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2019-10-15T19:18:23Z", GoVersion:"go1.12.10", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
Server Version: version.Info{Major:"1", Minor:"16", GitVersion:"v1.16.2", GitCommit:"c97fe5036ef3df2967d086711e6c0c405941e14b", GitTreeState:"clean", BuildDate:"2019-10-15T19:09:08Z", GoVersion:"go1.12.10", Compiler:"gc", Platform:"linux/amd64"}
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get nodes
NAME            STATUS   ROLES    AGE    VERSION
k8s-master-01   Ready    master   4d1h   v1.16.2
k8s-node-01     Ready    <none>   4d     v1.16.2
k8s-node-02     Ready    <none>   4d     v1.16.2
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get pods -n kube-system 
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-58cc8c89f4-bd6s8                1/1     Running   2          4d1h
coredns-58cc8c89f4-bv5rl                1/1     Running   2          4d1h
etcd-k8s-master-01                      1/1     Running   2          4d1h
kube-apiserver-k8s-master-01            1/1     Running   2          4d1h
kube-controller-manager-k8s-master-01   1/1     Running   2          4d1h
kube-flannel-ds-amd64-grzvh             1/1     Running   1          2d22h
kube-flannel-ds-amd64-hrd4h             1/1     Running   1          2d22h
kube-flannel-ds-amd64-l8rtk             1/1     Running   1          2d22h
kube-proxy-bp98z                        1/1     Running   2          4d
kube-proxy-kvwgh                        1/1     Running   2          4d
kube-proxy-n8lj6                        1/1     Running   2          4d1h
kube-scheduler-k8s-master-01            1/1     Running   2          4d1h

安装canal

按照官方文档说明安装：https://docs.projectcalico.org/v3.10/getting-started/kubernetes/installation/flannel 部署时canal支持将数据存储于etcd中，支持选择专用的etcd存储，也能够以kubernetes api server作为后端存储，这里选择以后种方式进行。结合flannel工作时，Calico提供的默认配置清单中是以flannel默认使用的10.244.0.0/16 为Pod网络，因此，请确保kube-controller-manager程序在启动时通过--clustr-cidr选项设置使用了此网络地址，并且--allocate-node-cidrs的值应设置为true。在使用kubeadm安装的此版本集群中，此选项均已配置。如果集群cidr网络地址不是默认值，需要修改配置再进行部署。

[root@k8s-master-01 canal]# curl https://docs.projectcalico.org/v3.10/manifests/canal.yaml -O
[root@k8s-master-01 canal]# kubectl apply -f canal.yaml 
configmap/canal-config created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/felixconfigurations.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/ipamblocks.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/blockaffinities.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/ipamhandles.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/ipamconfigs.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/bgppeers.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/bgpconfigurations.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/ippools.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/hostendpoints.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/clusterinformations.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/globalnetworkpolicies.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/globalnetworksets.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/networkpolicies.crd.projectcalico.org created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/networksets.crd.projectcalico.org created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/calico-node created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel configured
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/canal-flannel created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/canal-calico created
daemonset.apps/canal created
serviceaccount/canal created
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get pods -n kube-system -o wide|grep canal
canal-rxb97                             2/2     Running   0          4h25m   192.168.2.12   k8s-node-02     <none>           <none>
canal-tdcgf                             2/2     Running   0          4h25m   192.168.2.10   k8s-master-01   <none>           <none>
canal-vll8z                             2/2     Running   0          4h25m   192.168.2.11   k8s-node-01     <none>           <none>

应用示例

创建默认服务

运行一组nginx pod并暴露80端口

[root@k8s-master-01 ~]# kubectl run nginx --image=nginx --replicas=3 --port=80 --expose
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
service/nginx created
deployment.apps/nginx created
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get pods
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-5578584966-8spqk        1/1     Running   0          15s
nginx-5578584966-sjlvc        1/1     Running   0          15s
nginx-5578584966-xm4pb        1/1     Running   0          15s
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get svc nginx 
NAME    TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx   ClusterIP   10.1.8.146   <none>        80/TCP    16s

测试访问

[root@k8s-master-01 ~]# kubectl run busy1 --rm -it --image=busybox /bin/sh
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # wget --spider --timeout=1 nginx
Connecting to nginx (10.1.8.146:80)
remote file exists  ## 访问成功

创建默认policy

创建默认拒绝所有入站流量的networkpolicy，测试访问

[root@k8s-master-01 networkpolicy]# vim default-deny-ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
[root@k8s-master-01 networkpolicy]# kubectl apply -f default-deny-ingress.yaml 
networkpolicy.networking.k8s.io/default-deny created
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl run busy1 --rm -it --image=busybox /bin/sh
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # wget --spider --timeout=1 nginx
Connecting to nginx (10.1.8.146:80)
wget: download timed out  ## 访问失败

创建一个允许带有access=true的Pod访问nginx的网络策略

[root@k8s-master-01 networkpolicy]# vim nginx-policy.yaml
kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: access-nginx
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      run: nginx
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          access: "true"
[root@k8s-master-01 networkpolicy]# kubectl apply -f nginx-policy.yaml 
networkpolicy.networking.k8s.io/access-nginx created

使用不带access=true标签的pod访问服务

[root@k8s-master-01 ~]# kubectl run busy1 --rm -it --image=busybox /bin/sh
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # wget --spider --timeout=1 nginx
Connecting to nginx (10.1.8.146:80)
wget: download timed out  ## 访问失败

使用带access=true标签的pod访问服务

[root@k8s-master-01 ~]# kubectl run busy2 --rm -it --labels="access=true" --image=busybox /bin/sh
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # wget --spider --timeout=1 nginx
Connecting to nginx (10.1.8.146:80)
remote file exists  ## 访问成功

生产使用场景

禁止访问指定服务

kubectl run web --image=nginx --labels app=web,env=prod --expose --port 80

网络策略

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: web-deny-all
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
      env: prod

只允许指定pod访问服务

kubectl run apiserver --image=nginx --labels app=bookstore,role=api --expose --port 80

网络策略

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: api-allow
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: bookstore
      role: api
  ingress:
  - from:
      - podSelector:
          matchLabels:
            app: bookstore

禁止 namespace 中所有 Pod 之间的相互访问

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
  namespace: default
spec:
  podSelector: {}

禁止其他 namespace 访问服务

kubectl create namespace secondary
kubectl run web --namespace secondary --image=nginx \
    --labels=app=web --expose --port 80

网络策略

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: secondary
  name: web-deny-other-namespaces
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
  ingress:
  - from:
    - podSelector: {}

只允许指定namespace访问服务

kubectl run web --image=nginx \
    --labels=app=web --expose --port 80

网络策略

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: web-allow-prod
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          purpose: production

允许外网访问服务

kubectl run web --image=nginx --labels=app=web --port 80
kubectl expose deployment/web --type=LoadBalancer

网络策略

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: web-allow-external
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
  ingress:
  - ports:
    - port: 80
    from: []

参考来源： https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/services-networking/network-policies/ https://docs.projectcalico.org/v3.10/getting-started/kubernetes/installation/flannel https://github.com/ahmetb/kubernetes-network-policy-recipes

NetworkPolicy概述​

NetworkPolicy策略模型​

NetworkPolicy默认策略​

NetworkPolicy的实现​

使用flannel+canal实现k8s的NetworkPolicy​

实验环境说明​

安装canal​

应用示例​

创建默认服务​

测试访问​

创建默认policy​

创建一个允许带有access=true的Pod访问nginx的网络策略​

生产使用场景​

禁止访问指定服务​

只允许指定pod访问服务​

禁止 namespace 中所有 Pod 之间的相互访问​

禁止其他 namespace 访问服务​

只允许指定namespace访问服务​

允许外网访问服务​

NetworkPolicy概述

NetworkPolicy策略模型

NetworkPolicy默认策略

NetworkPolicy的实现

使用flannel+canal实现k8s的NetworkPolicy

实验环境说明

安装canal

应用示例

创建默认服务

测试访问

创建默认policy

创建一个允许带有access=true的Pod访问nginx的网络策略

生产使用场景

禁止访问指定服务

只允许指定pod访问服务

禁止 namespace 中所有 Pod 之间的相互访问

禁止其他 namespace 访问服务

只允许指定namespace访问服务

允许外网访问服务