Kubernetes中网络控制器之NetworkPolicy

在Kubernetes中，网络隔离功能是通过叫NetworkPolicy的API对象来描述的。
如下一个完整的NetworkPolicy定义：

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

解释：

• podSelector：定义这个NetworkPolicy的限制范围，上面就是定义namespace中标签为role: db的Pod，如果没空，则标识这个namespace下的所有Pod，如果一旦被podSelector选中，则这个Pod就会进入拒绝所有的状态，即这个Pod既不允许被外界访问，也不能对外界发起访问。

• policyTypes：定义NetworkPolicy的类型，ingress表示流入请求，egress表示流出请求。

• ingress：定义流入的规则

• egress：定义流出的规则

其中ingress字段中的from和ports，定义允许流入的白名单和端口，这里面的白名单有三种限制方式：

• ipBlock：限制IP，上面定义的即为允许172.17.0.0/16但不是172.17.1.0/24的网段请求；

• namespaceSelector：限制namespace，上面定义即为允许default namespace下标签为project: myproject的的Pod请求；

• podSelector：限制Pod，上面定义即为允许标签为role: frontend的Pod请求；

而egress字段中的to和ports，则指定允许流出的白名单和端口，这里的限制方式和ingress类似。

注意：下面这两种白名单的定义方式是不一样的。
（1）、第一种

  ...
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          user: alice
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: client
  ...

（2）、第二种

...
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          user: alice
      podSelector:
        matchLabels:
          role: client
  ...

这两种看起来类似，但是其表示的意义是不一样的，对于第一种表示的是一种OR（或）的关系，对于这种情况只要其中一种规则满足要求都可以通过，而对于第二种则表示AND（与）的关系，必须两种同时满足才会通过。
**
Kubernetes对Pod的网络隔离其实是靠宿主机上生成NetworkPolicy对应的iptables规则来实现的。
比如定义好了上面的NetworkPolicy，那么就会生成类似下面的iptables规则：

iptables -A KUBE-NWPLCY-CHAIN -s $srcIP -d $dstIP -p $protocol -m $protocol --dport $port -j ACCEPT

其中：

• srcIP：原IP

• dstIP：目的IP

• protocol：协议

• port：端口

这些参数都是从我们定义的NetworkPolicy中取出来，然后还将对所有对被隔离Pod的访问请求都转发到KUBE-NWPLCY-CHAIN上去匹配，如果匹配不通过则拒绝。
第一组KUBE-NWPLCY-CHAIN规则如下：

iptables -A FORWARD -d $podIP -m physdev --physdev-is-bridged -j KUBE-POD-SPECIFIC-FW-CHAIN
iptables -A FORWARD -d $podIP -j KUBE-POD-SPECIFIC-FW-CHAIN

其中：

• 第一条FORWARD链的作用是通过本机网桥设备发往podIP的IP包；

• 第二条就是拦截跨主机通信，定义规则都到KUBE-POD-SPECIFIC-FW-CHAIN规则上

第二组KUBE-POD-SPECIFIC-FW-CHAIN规则如下：

iptables -A KUBE-POD-SPECIFIC-FW-CHAIN -j KUBE-NWPLCY-CHAIN
iptables -A KUBE-POD-SPECIFIC-FW-CHAIN -j REJECT --reject-with icmp-port-unreachable

其中：

• 第一条是把数据包发到KUBE-NWPLCY-CHAIN去匹配；

• 第二条就是把不满足NetworkPolicy中定义的请求都拒绝掉，从而实现对容器的隔离；

默认的Policies:
（1）、默认拒绝所有Ingress：

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

（2）、默认允许所有ingress：

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

（3）、默认拒绝所有Egress：

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

（4）、默认允许所有Egress：

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

（5）、拒绝所有Ingress和Egress：

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

例子：
1、创建两个namespace

# kubectl create ns dev
# kubectl create ns sit

2、给dev下的所有pod配置Ingress权限，不允许所有人访问

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

然后使其作用于dev

# kubectl apply -f ingress-demo.yaml -n dev

我们在dev里创建一个Pod，在外部访问查看情况

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: nginx:1.7.9
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    args:
    - "nginx && sleep 3600"

启动Pod

# kubectl apply -f pod-demo.yaml -n dev

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