Можете объяснить основные концепции сети в Kubernetes? То есть, как контейнеры взаимодействуют через узлы и какие проблемы могут возникнуть в этом процессе?

Подсказки:

• Учитывайте роль плагинов CNI при установлении связи между контейнерами.
• Подумайте о том, как работает обнаружение сервисов в кластерах Kubernetes.
• Отразите проблемы в области сетевого взаимодействия, такие как управление IP-адресами, сетевыми политиками и маршрутизации межузлового трафика.

Выше ожиданий:

• Понимание оверлейных сетей по сравнению с решениями на основе BGP.
• Знание eBPF для продвинутых сетевых задач.
• Опыт работы с service mesh.
• Опыт устранения неполадок c резолвами DNS в кластерах с несколькими зонами.

Основные принципы сетевого взаимодействия в Kubernetes

Сеть Kubernetes основана на четырёх ключевых принципах:

• Все поды (pods) могут взаимодействовать друг с другом без NAT
• Все узлы (nodes) могут взаимодействовать со всеми подами без NAT
• IP-адрес пода остается неизменным независимо от того, какой узел его видит
• IP-адреса пода маршрутизируются внутри кластерной сети

Взаимодействие между подами

Поды на одном узле взаимодействуют через локальную сетевую шину (bridge network). Для межузлового взаимодействия пакеты должны проходить по физической сетевой инфраструктуре между узлами.

Плагины Container Network Interface (CNI) реализуют эту модель, с такими опциями как:

• Сетевые оверлеи (Flannel, Weave): инкапсулируют пакеты в UDP или VXLAN-туннели
• Решения на базе BGP (Calico): публикуют маршруты IP-адресов пода между узлами с использованием Border Gateway Protocol (BGP)
• Интеграция с облачными провайдерами: использование сетевых возможностей облака

Под A (Узел 1) → Сеть узла 1 → Физическая сеть → Сеть узла 2 → Под B (Узел 2)

Механизм Service Discover (обнаружения сервисов)

Kubernetes использует Сервисы и DNS для обнаружения сервисов:

• kube-dns или CoreDNS обеспечивает использование DNS
• Объекты сервисов создают стабильные виртуальные IP-адреса со стабильными именами DNS
• kube-proxy реализует IP-адреса сервисов через правила iptables или IPVS

Распространённые сетевые проблемы

• Конфликты CIDR подов: перекрывающиеся диапазоны IP-адресов между кластерами или с внешними сетями
• Несоответствия MTU: различные значения Maximum Transmission Unit, приводящие к фрагментации пакетов
• Производительность kube-proxy: избыточность правил iptables при большом количестве сервисов
• Задержки при резолве DNS: медленные запросы, влияющие на производительность приложения
• Неправильная настройка сетевых политик: излишне жёсткие политики, блокирующие легитимный трафик

Практики по устранению неполадок

• Проверьте соединения с помощью простых инструментов: ping, curl, nc
• Проверьте логи CoreDNS на предмет проблем с резолвом
• Проанализируйте конфигурацию плагина CNI
• Используйте kubectl describe для проверки статуса сетевого взаимодействия пода
• Убедитесь, что сетевые политики не блокируют необходимый трафик
• Проверьте конечные точки сервиса с помощью kubectl get endpoints

Продвинутые сетевые концепции

Сетевые политики

Ресурсы NetworkPolicy предоставляют правила брандмауэра на уровне пода, контролируя входящий/исходящий трафик. Не все плагины CNI поддерживают сетевые политики (Flannel не поддерживает, Calico поддерживает).

Service Mesh

Service Mesh (Istio, Linkerd) расширяют сетевое взаимодействие Kubernetes с:

• Шифрованием mTLS между сервисами
• Продвинутой маршрутизацией трафика (канареечные развертывания)
• Observability взаимодействий между сервисами

Решения на основе eBPF

Решения на основе Extended Berkeley Packet Filter (eBPF), такие как Cilium, предлагают:

• Высокую производительность сетевого взаимодействия
• Улучшенную безопасность через политики на основе идентификации
• Видимость и фильтрация на 7м уровне OSI