TF+K8s轻松上手丨通过Kubernetes网络策略进行应用程序微分段



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    在大多数生产环境中,需要实施网络访问控制。Kubernetes提供了一种方法来描述Pod 组应该如何通过使用NetworkPolicy资源进行通信。

    与Kubernetes中的大多数事情一样,要使网络策略正常运行,您需要一个支持它们的Kubernetes CNI插件。

    使用场景

    在几乎所有环境中,为应用程序需要通信的组件建立明确的规则,都是一个好主意。Kubernetes网络策略规范是一种直接的方法,可让您将NetworkPolicy直接与应用程序清单集成在一起。

    NetworkPolicy定义资源的方式,使您可以精确地指定哪些网络通信是被允许的,而哪些则不允许,同时使用podSelector定义处理在Kubernetes上运行的应用程序的动态属性。

    这意味着您的策略可以针对单个Pod或Pod组,从而将安全范围“缩小”到Pod的大小。

    严格定义的网络策略与default-deny配置相结合,可以避免由于恶意应用程序入侵,和/或行为不当,或者配置错误而造成的麻烦。例如,一个应用程序组件可能具有滞留的缓存DNS条目或错误的配置参数,导致它与错误的后端进行通信。或者应用程序可能会被攻陷并被用作跳板,执行侦查,尝试横向渗透,或者只是使用Pod对Kubernetes API的访问权限来启动一些加密货币挖矿Pod,以窃取您的计算资源。

    使用网络策略保护示例应用程序的安全

    网络策略设计的主题比本指南中允许的空间要大得多。在此示例中,我们将执行以下操作:

    • 为我们的default命名空间创建一个default-deny Ingress策略。这意味着命名空间内的所有传入Pods的连接必须明确被允许;

    • 为每个示例应用程序组件创建一个Ingress NetworkPolicy对象,仅允许那些我们确定的对象。

    步骤1:明确哪些组件应当可以相互通信

    首先,我们需要提醒自己,应用程序的各个组件应该如何通信。为此,我们将回到在简介中看到的应用程序图:

    图片1.jpg

    从该图中可以看到:

    1. 外界需要到达yelb-ui的TCP端口80-(1)和(2)
    2. yelb-ui需要到达yelb-appserver的TCP端口4567
    3. yelb-appserver反过来将需要到达yelb-db的TCP端口5432,以及
    4. .. yelb-cache的TCP端口6379。

    步骤2:如何识别组件?

    请记住,NetworkPolicy资源使用选择器来识别策略适用于哪个Pod,以及该策略将要控制的流量的源和目的地是什么。

    在本演示中,我们将使用podSelectror方法,因此需要获取应用到应用程序Pod的标签列表。让我们查看cnawebapp-loadbalancer.yaml示例应用程序的清单,并收集标签:

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    现在准备编写我们的策略。

    部署后,这些策略将以以下方式控制应用程序组件之间的通信:

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    步骤3:“default-deny”策略

    确保您位于沙箱控制节点上,以root用户身份登录,并且位于正确的目录中:

    # 确认您是root账户

    whoami | grep root || sudo -s
    

    #切换到清单目录

    cd /home/centos/yelb/deployments/platformdeployment/Kubernetes/yaml
    

    在此步骤中,我们将创建一个策略,该策略将阻止所有未明确允许的网络通信。在这一演示中,我们将只限制Ingress流量;但实际上,您也可以控制Egress流量(但是这样做时要注意这可能会阻止DNS查询!):

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    该策略基本上说:“对于任何Pod,都应用一个没有规则的Ingress策略”,这将导致应用这个策略的,所有流向这个命名空间Pods的传入流量被丢弃掉。

    步骤4:“yelb-ui”的策略

    该yelb-ui和其他组件在某种意义上说有一些不同,因为它是唯一一个可以被从外部访问的组件。因此,其ingress:定义将使用ipBlock的0.0.0.0/0,以表示“每个人”:

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    该策略表示:“对于具有应用标签app: yelb-ui和tier: frontend的Pods,允许传入来自任何源IP的流量,只要它去往Pod的TCP端口80”。

    步骤5:示例应用中其他Pod的策略

    我们示例应用程序中的其他3个Pod仅会看到来自其他Pod的流量,因此其策略将使用带有允许发送流量的Pod标签的podSelector参数:

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    00e99bff-e244-4f20-9091-6e743a9e00af-image.png
    cbae723a-2396-4854-bda9-fda39c06cfe9-image.png

    步骤6:在应用策略之前测试

    为了能有一个“前后”对比,让我们部署示例应用程序并获取基线:

    # 部署我们的应用

    kubectl create -f cnawebapp-loadbalancer.yaml
    

    等待应用启动并在外部可用:

    # 获得我们程序yelb-ui Service的外部DNS名字:

    kubectl get svc -o wide | grep yelb-ui | awk '{print $4}'
    

    我们应该可以看到类似a0b8dfc14916811e9b411026463a4a33-1258487840.us-west-1.elb.amazonaws.com的输出;在网络浏览器中打开它;样本应用程序应当加载了。

    接下来,我们知道所有Pod通信都是不受限制的,因此我们应该能够从yelb-ui ping 到yelb-db——这是在应用程序正常运行且我们不进行故障排除动作的情况下,本来不应该发生的活动:

    # 获得"yelb-ui"的完整Pod名字

    src_pod=$(kubectl get pods | grep yelb-ui | awk '{print $1}')
    

    # 获得"yelb-db"的IP:

    db_pod_ip=$(kubectl get pods -o wide | grep yelb-db | awk '{print $6}')
    

    # 从"yelb-ui" ping"yelb-db":

    kubectl exec -it ${src_pod} ping ${db_pod_ip}
    

    我们应该看到该ping命令正在接收响应;因此存在不受限制的网络连接。按^ C停止命令。

    步骤7:部署策略并测试结果

    在最后一步,我们将部署策略并观察其效果:

    # 部署网络策略

    kubectl create -f yelb-policy.yaml
    

    运行上面的命令后,请等待几秒钟以稳定下来。Tungsten Fabric将在后台生成适当的安全组,并进行安装。让我们测试一下我们曾经可以正常运行的ping命令是否仍然有效:

    # 从"yelb-ui" ping "yelb-db" again:

    kubectl exec -it ${src_pod} ping ${db_pod_ip}
    

    这次,我们看到没有响应,因为该通信现在已被该策略阻止。接下来,测试是否仍可以通过网络浏览器访问该应用——应该可以!

    步骤8:探索Tungsten Fabric的安全流量组可视化

    Tungsten Fabric包含一个功能,可在“项目”中实现流量可视化,在我们的案例中,该项目对应于Kubernetes Namespace。

    要访问它,请访问Carbide Evaluation Page链接,用于获取访问沙箱控制节点——在顶部有一个名为Contrail UI的链接,完成login和password的输入。单击链接,然后在左上角单击“Monitor”图标,然后在菜单中单击“Security” -> “Traffic Groups”。然后在顶部的标签链,在其末尾选择“k8s-default”:

    8da36591-afef-47d2-9543-8765413b7e3d-image.png

    您应该看到类似于以下的图表:

    c8354a06-706d-4738-84c0-0b86fe422b06-image.png

    继续测试。您看到的流,代表示例应用程序在做的事情,包括无法从 yelb-uiping到yelb-db,以及yelb-appserver的出站请求(如果我们去查看,将转到yelb-db的DNS查询)。

    清理

    一旦进行了足够的探索,可以随时清理:

    # 卸载Network Policy

    kubectl delete -f yelb-policy.yaml
    

    # 删除我们的示例应用程序:

    kubectl delete -f cnawebapp-loadbalancer.yaml
    

    # 删除策略清单:

    rm -f yelb-policy.yaml
    

    回顾和资源

    对于许多(即使不是全部)生产部署,控制应用程序的网络通信能力至关重要。在Kubernetes上运行的应用程序实现此类控件的方法是通过NetwokPolicy资源。但是,要使这些资源真正起作用,您需要一个支持它们的CNI插件。

    Tungsten Fabric提供了完整的NetworkPolicy支持,无论集成Tungsten Fabric的Kubernetes在哪里运行,是在私有数据中心,还是在公共云中。

    网络策略可以变得非常简单或非常复杂,而找出最适合您的应用程序的最佳方法,就是在我们提供的用例和示例基础上更深入地研究。这里有一些资源可能会有所帮助:

    • 网络策略的详细介绍

    • 一个不错的GitHub存储库,其中包含大量具有详细文档的网络策略清单示例

    • 在2019 Kubecon上的演讲中有一个介绍网络策略的很好的材料

    至此,Tungsten Fabric Carbide指南文章系列文章告一段落,往期回顾——

    第一篇:TF Carbide 评估指南--准备篇
    第二篇:通过Kubernetes的服务进行基本应用程序连接
    第三篇:通过Kubernetes Ingress进行高级外部应用程序连接
    第四篇:通过Kubernetes命名空间实现初步的应用程序隔离


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