Cilium ist ein Open-Source-Netzwerk-Plugin für Kubernetes- und Containerumgebungen, das erweiterte Netzwerk- und Sicherheitsfunktionen bietet. Es handelt sich um ein Projekt für Container-Netzwerke und Sicherheit der Netzwerkschichten vier und sieben, das darauf abzielt, die Verwaltung der Netzwerk- und Sicherheitsschichten zu vereinfachen und eine Paketverarbeitung mit hoher Leistung und geringer Latenz bereitzustellen. Cilium erreicht eine effiziente Paketverarbeitung durch die BPF-Technologie (Berkeley Packet Filter), wodurch es eine hervorragende Leistung in großen Container-Clustern bietet.
1. Die Beziehung zwischen Cilium und Kubernetes
Cilium ist ein Netzwerk-Plugin, das speziell für Kubernetes- und Containerumgebungen entwickelt wurde. Es ist tief in Kubernetes integriert, um leistungsstarke Netzwerk- und Sicherheitsfunktionen für Kubernetes-Cluster bereitzustellen. Cilium kann als CNI-Plugin (Container Network Interface) von Kubernetes verwendet werden, das für die Verwaltung der Netzwerkkommunikation zwischen Pods verantwortlich ist. Gleichzeitig kann Cilium auch mit Service Grids wie Istio und anderen Container-Orchestrierungstools zusammenarbeiten, um Netzwerk- und Sicherheitsfunktionen für den gesamten Container-Cluster bereitzustellen.
2. Anwendbare Cilium-Szenarien
Kubernetes-Netzwerkverwaltung : Als CNI-Plug-in für Kubernetes kann Cilium zur Verwaltung der Netzwerkkommunikation zwischen Pods in einem Kubernetes-Cluster verwendet werden und bietet so eine leistungsstarke Netzwerklösung mit geringer Latenz.
Netzwerkrichtlinien- und Sicherheitskontrolle : Cilium unterstützt umfangreiche Netzwerkrichtlinienfunktionen, mit denen eine feinkörnige Netzwerkisolation und Sicherheitskontrolle implementiert werden kann, um sicherzustellen, dass die Kommunikation zwischen Containern den angegebenen Richtlinien entspricht.
Service-Mesh-Integration : Cilium kann mit einem Service-Mesh wie Istio verwendet werden, um Netzwerk- und Sicherheitsfunktionen für den gesamten Container-Cluster bereitzustellen, einschließlich der Verwaltung und Überwachung der Kommunikation zwischen Diensten.
Hohe Leistung und groß angelegte Bereitstellung : Cilium nutzt die BPF-Technologie, um eine effiziente Paketverarbeitung zu erreichen, wodurch es eine hervorragende Leistung und Skalierbarkeit in großen Container-Clustern bietet.
3. Wie Cilium wirkt
Cilium ist ein Open-Source-CNI-Plugin (Container Networking Interface) zur Verwaltung und Erweiterung von Netzwerkfunktionen in Kubernetes-Clustern. Das Funktionsprinzip von Cilium basiert hauptsächlich auf der eBPF-Technologie (Extended Berkeley Packet Filter), die im Linux-Kernel läuft und leistungsstarke Netzwerkpaketverarbeitungs- und Sicherheitsfunktionen bietet. Die Wirkungsweise von Cilium lässt sich kurz wie folgt zusammenfassen:
1. eBPF-Laden: Cilium verwendet die eBPF-Technologie, um Netzwerkpakete abzufangen, zu ändern und zu verarbeiten. Auf einem Knoten lädt Cilium eine Reihe von eBPF-Programmen in den Kernelraum, die Pakete auf dem Netzwerkpfad verarbeiten.
2. CNI-Plugin: Cilium ist als CNI-Plugin in Kubernetes integriert. Wenn Kubernetes Pods erstellt, wird Cilium aufgerufen und ist für die Konfiguration der Netzwerk- und Sicherheitsrichtlinien für jeden Pod verantwortlich.
3. Identifizierung des Pod-Netzwerks: Cilium weist jedem Pod eine eindeutige Identifizierung zu, die Cilium Endpoint genannt wird. Diese Identität wird verwendet, um Pods zu verfolgen und bei Bedarf entsprechende Netzwerkrichtlinien anzuwenden.
4. Datenpaketverarbeitung: Wenn ein Datenpaket einen Pod betritt oder verlässt, prüft das eBPF-Programm von Cilium das Datenpaket und verarbeitet es gemäß der vordefinierten Netzwerkrichtlinie und Sicherheitsrichtlinie. Diese Richtlinien können Netzwerkadressübersetzung (NAT), Lastausgleich, Zugriffskontrolllisten (ACLs), Filterung auf Anwendungsebene und mehr umfassen.
5. Diensterkennung und Lastausgleich: Cilium verwendet eBPF, um dienstbezogene Datenpakete abzufangen, um Diensterkennungs- und Lastausgleichsfunktionen zu realisieren. Es kann Anfragen dynamisch an den richtigen Pod weiterleiten und einen Lastausgleich zwischen Diensten erreichen.
6. Sicherheitsfunktionen: Cilium verwendet eBPF, um umfangreiche Sicherheitsfunktionen wie Netzwerkschicht-Firewall, Anwendungsschicht-Firewall, DDoS-Schutz usw. zu implementieren, um Container und Anwendungen vor Netzwerkangriffen zu schützen.
7. Dynamische Updates: Cilium ermöglicht dynamische Updates von Netzwerk- und Sicherheitsrichtlinien, ohne Pods oder Anwendungen neu zu starten. Dies ermöglicht schnelle und flexible Änderungen der Netzwerkkonfiguration und Aktualisierungen von Sicherheitsrichtlinien.
Cilium basiert auf der eBPF-Technologie und nutzt die Leistungsfähigkeit des Linux-Kernels, um leistungsstarke Container-Netzwerk- und Sicherheitsfunktionen bereitzustellen. Es kann Netzwerkpakete effektiv verarbeiten und umfassende Netzwerk- und Sicherheitsrichtlinien bereitstellen, wodurch die Verwaltung von Containernetzwerken in Kubernetes-Clustern effizienter und flexibler wird.
4. Cilium und VXLAN
Es besteht eine gewisse Beziehung zwischen Cilium und VXLAN, es handelt sich jedoch um unterschiedliche Konzepte und Technologien.
1. Cilium: Cilium ist ein Open-Source-CNI-Plug-in zur Verwaltung und Erweiterung von Netzwerkfunktionen in Kubernetes-Clustern. Es nutzt die eBPF-Technologie (Extended Berkeley Packet Filter) zur Ausführung im Linux-Kernel und bietet leistungsstarke Netzwerkpaketverarbeitung und Sicherheitsfunktionen. Cilium kann Netzwerkkommunikation, Serviceerkennung und Lastausgleich zwischen Containern realisieren und gleichzeitig umfangreiche Netzwerksicherheitsfunktionen bereitstellen.
2. VXLAN (Virtual Extensible LAN): VXLAN ist eine Netzwerkvirtualisierungstechnologie, mit der logische Tunnel im zugrunde liegenden Netzwerk erstellt werden, um die virtuelle Netzwerkkommunikation über physische Netzwerke hinweg zu realisieren. VXLAN kapselt das Datenpaket, indem es dem Datenpaket einen zusätzlichen VXLAN-Header hinzufügt, um die Aufteilung und Isolierung des virtuellen Netzwerks zu realisieren.
Cilium funktioniert mit VXLAN
Cilium kann mit VXLAN für die Netzwerkkommunikation und Isolierung in Kubernetes-Clustern verwendet werden. In einem Kubernetes-Cluster verwendet Cilium die eBPF-Technologie, um Netzwerkpakete zwischen Containern zu verarbeiten , und VXLAN kann als zugrunde liegender Netzwerktunnel verwendet werden, um diese Pakete zur Übertragung in VXLAN-Header zu kapseln.
Insbesondere wenn Container in einem Kubernetes-Cluster zwischen verschiedenen Knoten kommunizieren müssen, kann Cilium VXLAN verwenden, um einen virtuellen Netzwerktunnel einzurichten, um Datenpakete über das zugrunde liegende Netzwerk zu übertragen. VXLAN kann eine transparente virtuelle Netzwerkkommunikation bereitstellen, sodass Container in einem Kubernetes-Cluster direkt kommunizieren können, als ob sie sich im selben Netzwerk befänden.
Es ist zu beachten, dass es sich bei VXLAN um eine Technologie auf der Netzwerkschicht (L3) handelt, während Cilium hauptsächlich oberhalb der Netzwerkschicht (L4-L7) arbeitet , die Informationen der Anwendungsschicht in Datenpaketen wie HTTP-Headern verarbeitet. Die Kombination von Cilium und VXLAN kann eine leistungsstarke und sichere Containerkommunikation innerhalb des Kubernetes-Clusters erreichen und gleichzeitig die Tunnelfunktion von VXLAN nutzen, um eine flexible Netzwerkisolierung bei der knotenübergreifenden Kommunikation zu ermöglichen.
五、Container Network Interface-CNI
CNI steht für „Container Network Interface“, eine offene, von der Container-Laufzeit unabhängige Standardschnittstelle. Es handelt sich um eine Spezifikation für Container-Netzwerk-Plug-Ins, die darauf abzielt, Container-Laufzeiten und Netzwerk-Plug-Ins zu verbinden, sodass verschiedene Container-Laufzeiten (wie Docker, Containerd, rkt usw.) nahtlos in verschiedene Netzwerk-Plug-Ins integriert werden können.
CNI spielt eine Schlüsselrolle im Container-Ökosystem und seine Rolle ist wie folgt:
- Netzwerk-Plug-In-Integration : CNI bietet eine Standardschnittstelle für die Container-Laufzeit, sodass die Container-Laufzeit nahtlos in verschiedene Netzwerk-Plug-Ins integriert werden kann. Auf diese Weise können Benutzer das geeignete Netzwerk-Plug-In entsprechend ihren Anforderungen auswählen, ohne den Code der Container-Laufzeit ändern zu müssen.
- Container-Netzwerkkonfiguration : CNI definiert den Netzwerkkonfigurationsprozess, wenn der Container gestartet und gestoppt wird. Wenn der Container gestartet wird, ist das CNI-Plug-in für die Erstellung von Netzwerkkonfigurationen wie Netzwerkschnittstellen, IP-Adressen und Routing-Regeln für den Container verantwortlich. Wenn der Container gestoppt wird, ist das CNI-Plugin für die Bereinigung der relevanten Netzwerkkonfiguration verantwortlich.
- Netzwerkisolation : CNI unterstützt die Netzwerkisolation, dh die Erstellung unabhängiger Netzwerk-Namespaces zwischen verschiedenen Containern, sodass die Netzwerkressourcen zwischen den einzelnen Containern voneinander isoliert werden und so eine Isolation zwischen Containern erreicht wird.
- Unterstützung für Multi-Netzwerk-Plug-Ins : Da CNI eine von der Containerlaufzeit unabhängige Standardschnittstelle ist, kann es viele verschiedene Arten von Netzwerk-Plug-Ins unterstützen, z. B. Flannel, Calico, Cilium usw. Dies ermöglicht es Benutzern, das passende Netzwerk-Plugin entsprechend ihren Bedürfnissen auszuwählen, ohne auf die Wahl einer bestimmten Container-Laufzeit beschränkt zu sein.
Kurz gesagt ist CNI eine Standardschnittstelle für Container-Netzwerk-Plug-Ins. Es stellt ein einheitliches Kommunikationsprotokoll zwischen Container-Laufzeit und Netzwerk-Plug-Ins bereit und ermöglicht die nahtlose Integration von Container-Netzwerk-Plug-Ins in das Container-Ökosystem, wodurch Netzwerkkonnektivität und Netzwerk bereitgestellt werden Isolationsfunktion. Es ist ein wichtiger Teil des Aufbaus einer Container-Netzwerkinfrastruktur.