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使用 Network Policy 进行网络访问控制

最近更新时间：2023-05-17 15:41:04

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本页目录：

Network Policy 简介

Network Policy 是 Kubernetes 提供的一种资源，用于定义基于 Pod 的网络隔离策略。描述了一组 Pod 是否可以与其他组 Pod，以及其他 network endpoints 进行通信。

使用场景

在腾讯云容器服务 TKE 中，Pod Networking 的功能是由基于 IaaS 层私有网络 VPC 的高性能容器网络实现，而 service proxy 功能是由 kube-proxy 所支持的 ipvs/iptables 两种模式提供。TKE 通过 Network Policy 扩展组件提供网络隔离能力。

在 TKE 上启用 NetworkPolicy 扩展组件

目前 TKE 集群的扩展组件市场已提供 NetworkPolicy 扩展组件，支持一键安装与部署。具体操作步骤可参见 NetworkPolicy 说明。

NetworkPolicy 配置示例

说明
资源对象的 apiVersion 可能因为您集群的 Kubernetes 版本不同而不同，您可通过 kubectl api-versions 命令查看当前资源对象的 apiVersion。
nsa namespace 下的 Pod 可互相访问，而不能被其他任何 Pod 访问。 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: npa
  namespace: nsa
spec:
  ingress:
  - from:
    - podSelector: {}
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
nsa namespace 下的 Pod 不能被任何 Pod 访问。 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: npa
  namespace: nsa
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
nsa namespace 下的 Pod 只在 6379/TCP 端口可以被带有标签 app: nsb 的 namespace 下的 Pod 访问，而不能被其他任何 Pod 访问。 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: npa
  namespace: nsa
spec:
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          app: nsb
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 6379
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
nsa namespace 下的 pod 可以访问 CIDR 为14.215.0.0/16的 network endpoint 的5978/TCP 端口，而不能访问其他任何 network endpoints（此方式可以用来为集群内的服务开访问外部 network endpoints 的白名单）。 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: npa
  namespace: nsa
spec:
  egress:
  - to:
    - ipBlock:
        cidr: 14.215.0.0/16
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 5978
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Egress
default namespace 下的 Pod 只在80/TCP 端口可以被 CIDR 为14.215.0.0/16的 network endpoint 访问，而不能被其他任何 network endpoints 访问。 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: npd
  namespace: default
spec:
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 14.215.0.0/16
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress

NetworkPolicy 扩展组件功能测试

运行 K8S 社区针对 NetworkPolicy 的 e2e 测试，结果如下：
NetworkPolicy Feature
是否支持
should support a 'default-deny' policy
支持
should enforce policy to allow traffic from pods within server namespace based on PodSelector
支持
should enforce policy to allow traffic only from a different namespace, based on NamespaceSelector
支持
should enforce policy based on PodSelector with MatchExpressions
支持
should enforce policy based on NamespaceSelector with MatchExpressions
支持
should enforce policy based on PodSelector or NamespaceSelector
支持
should enforce policy based on PodSelector and NamespaceSelector
支持
should enforce policy to allow traffic only from a pod in a different namespace based on PodSelector and NamespaceSelector
支持
should enforce policy based on Ports
支持
should enforce multiple, stacked policies with overlapping podSelectors
支持
should support allow-all policy
支持
should allow ingress access on one named port
支持
should allow ingress access from namespace on one named port
支持
should allow egress access on one named port
不支持
should enforce updated policy
支持
should allow ingress access from updated namespace
支持
should allow ingress access from updated pod
支持
should deny ingress access to updated pod
支持
should enforce egress policy allowing traffic to a server in a different namespace based on PodSelector and NamespaceSelector
支持
should enforce multiple ingress policies with ingress allow-all policy taking precedence
支持
should enforce multiple egress policies with egress allow-all policy taking precedence
支持
should stop enforcing policies after they are deleted
支持
should allow egress access to server in CIDR block
支持
should enforce except clause while egress access to server in CIDR block
支持
should enforce policies to check ingress and egress policies can be controlled independently based on PodSelector
支持

NetworkPolicy 扩展组件功能测试（旧版）

在 k8s 集群中部署大量的 Nginx 服务，通过 ApacheBench 工具压测固定的一个服务，对比开启和不开启 kube-router 场景下的 QPS，衡量 kube-router 带来的性能损耗。

测试环境

VM 数量：100
VM 配置：2核4G
VM OS：Ubuntu
k8s：1.10.5
kube-router version：0.2.0

测试流程

1. 部署1个 service，对应两个 Pod（Nginx），作为测试组。
2. 部署1000个 service，每个分别对应 2/6/8 个 Pod（Nginx），作为干扰组。
3. 部署 NetworkPolicy 规则，使得所有 Pod 都被选中，以便产生足够数量的 iptables 规则：
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: npd
  namespace: default
spec:
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 14.215.0.0/16
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 9090
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 14.215.0.0/16
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 8080
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 14.215.0.0/16
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
4. 使用 ab 压测测试组的服务，记录 QPS。得出性能曲线如下：


图例中：
1000service2000pod、1000service6000pod、1000service8000pod 为 pod 未开启 kube-route
1000service2000pod-kube-route、1000service6000pod-kube-route、1000service8000pod-kube-route 为 pod 已开启 kube-route
X轴：ab 并发数
Y轴：QPS

测试结论

Pod 数量从2000增长到8000，开启 kube-router 时的性能比不开启时要下降10% - 20%。

相关说明

腾讯云提供的 kube-router 版本

NetworkPolicy 扩展组件基于社区的 Kube-Router 项目，在该组件的开发过程中，腾讯云 PaaS 团队积极建设社区，持续贡献了一些 feature support 及 bug fix，提交 PR 均已被社区合并，列表如下：
processing k8s version for NPC #488
Improve health check for cache synchronization #498
Make the comments of the iptables rules in NWPLCY chains more accurate and reasonable #527
Use ipset to manage multiple CIDRs in a network policy rule #529
Add support for 'except' feature of network policy rule#543
Avoid duplicate peer pods in npc rules variables #634
Support named port of network policy #679
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