网络策略

如果你希望针对 TCP、UDP 和 SCTP 协议在 IP 地址或端口层面控制网络流量， 则你可以考虑为集群中特定应用使用 Kubernetes 网络策略（NetworkPolicy）。 NetworkPolicy 是一种以应用为中心的结构，允许你设置如何允许 Pod 与网络上的各类网络“实体” （我们这里使用实体以避免过度使用诸如“端点”和“服务”这类常用术语， 这些术语在 Kubernetes 中有特定含义）通信。 NetworkPolicy 适用于一端或两端与 Pod 的连接，与其他连接无关。

Pod 可以与之通信的实体是通过如下三个标识符的组合来辩识的：

1. 其他被允许的 Pod（例外：Pod 无法阻塞对自身的访问）
2. 被允许的名字空间
3. IP 组块（例外：与 Pod 运行所在的节点的通信总是被允许的， 无论 Pod 或节点的 IP 地址）

在定义基于 Pod 或名字空间的 NetworkPolicy 时， 你会使用选择算符来设定哪些流量可以进入或离开与该算符匹配的 Pod。

另外，当创建基于 IP 的 NetworkPolicy 时，我们基于 IP 组块（CIDR 范围）来定义策略。

前置条件

网络策略通过网络插件来实现。 要使用网络策略，你必须使用支持 NetworkPolicy 的网络解决方案。 创建一个 NetworkPolicy 资源对象而没有控制器来使它生效的话，是没有任何作用的。

Pod 隔离的两种类型

Pod 有两种隔离: 出口的隔离和入口的隔离。它们涉及到可以建立哪些连接。 这里的“隔离”不是绝对的，而是意味着“有一些限制”。 另外的，“非隔离方向”意味着在所述方向上没有限制。这两种隔离（或不隔离）是独立声明的， 并且都与从一个 Pod 到另一个 Pod 的连接有关。

默认情况下，一个 Pod 的出口是非隔离的，即所有外向连接都是被允许的。如果有任何的 NetworkPolicy 选择该 Pod 并在其 policyTypes 中包含 “Egress”，则该 Pod 是出口隔离的， 我们称这样的策略适用于该 Pod 的出口。当一个 Pod 的出口被隔离时， 唯一允许的来自 Pod 的连接是适用于出口的 Pod 的某个 NetworkPolicy 的 egress 列表所允许的连接。 针对那些允许连接的应答流量也将被隐式允许。 这些 egress 列表的效果是相加的。

默认情况下，一个 Pod 对入口是非隔离的，即所有入站连接都是被允许的。如果有任何的 NetworkPolicy 选择该 Pod 并在其 policyTypes 中包含 “Ingress”，则该 Pod 被隔离入口， 我们称这种策略适用于该 Pod 的入口。当一个 Pod 的入口被隔离时，唯一允许进入该 Pod 的连接是来自该 Pod 节点的连接和适用于入口的 Pod 的某个 NetworkPolicy 的 ingress 列表所允许的连接。针对那些允许连接的应答流量也将被隐式允许。这些 ingress 列表的效果是相加的。

网络策略是相加的，所以不会产生冲突。如果策略适用于 Pod 某一特定方向的流量， Pod 在对应方向所允许的连接是适用的网络策略所允许的集合。 因此，评估的顺序不影响策略的结果。

要允许从源 Pod 到目的 Pod 的某个连接，源 Pod 的出口策略和目的 Pod 的入口策略都需要允许此连接。 如果任何一方不允许此连接，则连接将会失败。

NetworkPolicy 资源

参阅 NetworkPolicy 来了解资源的完整定义。

下面是一个 NetworkPolicy 的示例：

service/networking/networkpolicy.yaml

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

必需字段：与所有其他的 Kubernetes 配置一样，NetworkPolicy 需要 apiVersion、 kind 和 metadata 字段。关于配置文件操作的一般信息， 请参考配置 Pod 以使用 ConfigMap 和对象管理。

spec：NetworkPolicy 规约 中包含了在一个名字空间中定义特定网络策略所需的所有信息。

podSelector：每个 NetworkPolicy 都包括一个 podSelector， 它对该策略所适用的一组 Pod 进行选择。示例中的策略选择带有 "role=db" 标签的 Pod。 空的 podSelector 选择名字空间下的所有 Pod。

policyTypes：每个 NetworkPolicy 都包含一个 policyTypes 列表，其中包含 Ingress 或 Egress 或两者兼具。policyTypes 字段表示给定的策略是应用于进入所选 Pod 的入站流量还是来自所选 Pod 的出站流量，或两者兼有。 如果 NetworkPolicy 未指定 policyTypes 则默认情况下始终设置 Ingress； 如果 NetworkPolicy 有任何出口规则的话则设置 Egress。

ingress：每个 NetworkPolicy 可包含一个 ingress 规则的白名单列表。 每个规则都允许同时匹配 from 和 ports 部分的流量。示例策略中包含一条简单的规则： 它匹配某个特定端口，来自三个来源中的一个，第一个通过 ipBlock 指定，第二个通过 namespaceSelector 指定，第三个通过 podSelector 指定。

egress：每个 NetworkPolicy 可包含一个 egress 规则的白名单列表。 每个规则都允许匹配 to 和 port 部分的流量。该示例策略包含一条规则， 该规则将指定端口上的流量匹配到 10.0.0.0/24 中的任何目的地。

所以，该网络策略示例：

1. 隔离 default 名字空间下 role=db 的 Pod （如果它们不是已经被隔离的话）。

2. （Ingress 规则）允许以下 Pod 连接到 default 名字空间下的带有 role=db 标签的所有 Pod 的 6379 TCP 端口：

   • default 名字空间下带有 role=frontend 标签的所有 Pod
   • 带有 project=myproject 标签的所有名字空间中的 Pod
   • IP 地址范围为 172.17.0.0–172.17.0.255 和 172.17.2.0–172.17.255.255 （即，除了 172.17.1.0/24 之外的所有 172.17.0.0/16）

3. （Egress 规则）允许 default 名字空间中任何带有标签 role=db 的 Pod 到 CIDR 10.0.0.0/24 下 5978 TCP 端口的连接。

参阅声明网络策略演练了解更多示例。

选择器 to 和 from 的行为

可以在 ingress 的 from 部分或 egress 的 to 部分中指定四种选择器：

podSelector：此选择器将在与 NetworkPolicy 相同的名字空间中选择特定的 Pod，应将其允许作为入站流量来源或出站流量目的地。

namespaceSelector：此选择器将选择特定的名字空间，应将所有 Pod 用作其入站流量来源或出站流量目的地。

namespaceSelector 和 podSelector：一个指定 namespaceSelector 和 podSelector 的 to/from 条目选择特定名字空间中的特定 Pod。 注意使用正确的 YAML 语法；下面的策略：

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

此策略在 from 数组中仅包含一个元素，只允许来自标有 role=client 的 Pod 且该 Pod 所在的名字空间中标有 user=alice 的连接。但是这项策略：

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

它在 from 数组中包含两个元素，允许来自本地名字空间中标有 role=client 的 Pod 的连接，或来自任何名字空间中标有 user=alice 的任何 Pod 的连接。

如有疑问，请使用 kubectl describe 查看 Kubernetes 如何解释该策略。

ipBlock：此选择器将选择特定的 IP CIDR 范围以用作入站流量来源或出站流量目的地。 这些应该是集群外部 IP，因为 Pod IP 存在时间短暂的且随机产生。

集群的入站和出站机制通常需要重写数据包的源 IP 或目标 IP。 在发生这种情况时，不确定在 NetworkPolicy 处理之前还是之后发生， 并且对于网络插件、云提供商、Service 实现等的不同组合，其行为可能会有所不同。

对入站流量而言，这意味着在某些情况下，你可以根据实际的原始源 IP 过滤传入的数据包， 而在其他情况下，NetworkPolicy 所作用的 源IP 则可能是 LoadBalancer 或 Pod 的节点等。

对于出站流量而言，这意味着从 Pod 到被重写为集群外部 IP 的 Service IP 的连接可能会或可能不会受到基于 ipBlock 的策略的约束。

默认策略

默认情况下，如果名字空间中不存在任何策略，则所有进出该名字空间中 Pod 的流量都被允许。 以下示例使你可以更改该名字空间中的默认行为。

默认拒绝所有入站流量

你可以通过创建选择所有 Pod 但不允许任何进入这些 Pod 的入站流量的 NetworkPolicy 来为名字空间创建 “default” 隔离策略。

service/networking/network-policy-default-deny-ingress.yaml

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

这确保即使没有被任何其他 NetworkPolicy 选择的 Pod 仍将被隔离以进行入口。 此策略不影响任何 Pod 的出口隔离。

允许所有入站流量

如果你想允许一个名字空间中所有 Pod 的所有入站连接，你可以创建一个明确允许的策略。

service/networking/network-policy-allow-all-ingress.yaml

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

有了这个策略，任何额外的策略都不会导致到这些 Pod 的任何入站连接被拒绝。 此策略对任何 Pod 的出口隔离没有影响。

默认拒绝所有出站流量

你可以通过创建选择所有容器但不允许来自这些容器的任何出站流量的 NetworkPolicy 来为名字空间创建 “default” 隔离策略。

service/networking/network-policy-default-deny-egress.yaml

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

此策略可以确保即使没有被其他任何 NetworkPolicy 选择的 Pod 也不会被允许流出流量。 此策略不会更改任何 Pod 的入站流量隔离行为。

允许所有出站流量

如果要允许来自名字空间中所有 Pod 的所有连接， 则可以创建一个明确允许来自该名字空间中 Pod 的所有出站连接的策略。

service/networking/network-policy-allow-all-egress.yaml

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

有了这个策略，任何额外的策略都不会导致来自这些 Pod 的任何出站连接被拒绝。 此策略对进入任何 Pod 的隔离没有影响。

默认拒绝所有入站和所有出站流量

你可以为名字空间创建 “default” 策略，以通过在该名字空间中创建以下 NetworkPolicy 来阻止所有入站和出站流量。

service/networking/network-policy-default-deny-all.yaml

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

此策略可以确保即使没有被其他任何 NetworkPolicy 选择的 Pod 也不会被允许入站或出站流量。

网络流量过滤

NetworkPolicy 是为第 4 层连接 （TCP、UDP 和可选的 SCTP）所定义的。对于所有其他协议，这种网络流量过滤的行为可能因网络插件而异。

当 deny all 网络策略被定义时，此策略只能保证拒绝 TCP、UDP 和 SCTP 连接。 对于 ARP 或 ICMP 这类其他协议，这种网络流量过滤行为是未定义的。 相同的情况也适用于 allow 规则：当特定 Pod 被允许作为入口源或出口目的地时， 对于（例如）ICMP 数据包会发生什么是未定义的。 ICMP 这类协议可能被某些网络插件所允许，而被另一些网络插件所拒绝。

针对某个端口范围

在编写 NetworkPolicy 时，你可以针对一个端口范围而不是某个固定端口。

这一目的可以通过使用 endPort 字段来实现，如下例所示：

service/networking/networkpolicy-multiport-egress.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: multi-port-egress
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: db
  policyTypes:
    - Egress
  egress:
    - to:
        - ipBlock:
            cidr: 10.0.0.0/24
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 32000
          endPort: 32768

上面的规则允许名字空间 default 中所有带有标签 role=db 的 Pod 使用 TCP 协议与 10.0.0.0/24 范围内的 IP 通信，只要目标端口介于 32000 和 32768 之间就可以。

使用此字段时存在以下限制：

• endPort 字段必须等于或者大于 port 字段的值。
• 只有在定义了 port 时才能定义 endPort。
• 两个字段的设置值都只能是数字。

按标签选择多个名字空间

在这种情况下，你的 Egress NetworkPolicy 使用名字空间的标签名称来将多个名字空间作为其目标。 为此，你需要为目标名字空间设置标签。例如：

kubectl label namespace frontend namespace=frontend
kubectl label namespace backend namespace=backend

在 NetworkPolicy 文档中的 namespaceSelector 下添加标签。例如：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: egress-namespaces
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: myapp
  policyTypes:
  - Egress
  egress:
   - to:
     - namespaceSelector:
       matchExpressions:
       - key: namespace
         operator: In
         values: ["frontend", "backend"]

基于名字指向某名字空间

Kubernetes 控制面会在所有名字空间上设置一个不可变更的标签 kubernetes.io/metadata.name。该标签的值是名字空间的名称。

如果 NetworkPolicy 无法在某些对象字段中指向某名字空间， 你可以使用标准的标签方式来指向特定名字空间。

Pod 生命周期

当新的 NetworkPolicy 对象被创建时，网络插件可能需要一些时间来处理这个新对象。 如果受到 NetworkPolicy 影响的 Pod 在网络插件完成 NetworkPolicy 处理之前就被创建了， 那么该 Pod 可能会最初处于无保护状态，而在 NetworkPolicy 处理完成后被应用隔离规则。

一旦 NetworkPolicy 被网络插件处理，

1. 所有受给定 NetworkPolicy 影响的新建 Pod 都将在启动前被隔离。 NetworkPolicy 的实现必须确保过滤规则在整个 Pod 生命周期内是有效的， 这个生命周期要从该 Pod 的任何容器启动的第一刻算起。 因为 NetworkPolicy 在 Pod 层面被应用，所以 NetworkPolicy 同样适用于 Init 容器、边车容器和常规容器。

2. Allow 规则最终将在隔离规则之后被应用（或者可能同时被应用）。 在最糟的情况下，如果隔离规则已被应用，但 allow 规则尚未被应用， 那么新建的 Pod 在初始启动时可能根本没有网络连接。

用户所创建的每个 NetworkPolicy 最终都会被网络插件处理，但无法使用 Kubernetes API 来获知确切的处理时间。

因此，若 Pod 启动时使用非预期的网络连接，它必须保持稳定。 如果你需要确保 Pod 在启动之前能够访问特定的目标，可以使用 Init 容器在 kubelet 启动应用容器之前等待这些目的地变得可达。

每个 NetworkPolicy 最终都会被应用到所选定的所有 Pod 之上。 由于网络插件可能以分布式的方式实现 NetworkPolicy，所以当 Pod 被首次创建时或当 Pod 或策略发生变化时，Pod 可能会看到稍微不一致的网络策略视图。 例如，新建的 Pod 本来应能立即访问 Node 1 上的 Pod A 和 Node 2 上的 Pod B， 但可能你会发现新建的 Pod 可以立即访问 Pod A，但要在几秒后才能访问 Pod B。

NetworkPolicy 和 hostNetwork Pod

针对 hostNetwork Pod 的 NetworkPolicy 行为是未定义的，但应限制为以下两种可能：

• 网络插件可以从所有其他流量中辨别出 hostNetwork Pod 流量 （包括能够从同一节点上的不同 hostNetwork Pod 中辨别流量）， 网络插件还可以像处理 Pod 网络流量一样，对 hostNetwork Pod 应用 NetworkPolicy。

• 网络插件无法正确辨别 hostNetwork Pod 流量，因此在匹配 podSelector 和 namespaceSelector 时会忽略 hostNetwork Pod。流向/来自 hostNetwork Pod 的流量的处理方式与流向/来自节点 IP 的所有其他流量一样。（这是最常见的实现方式。）

这适用于以下情形：

1. hostNetwork Pod 被 spec.podSelector 选中。

     ...
     spec:
       podSelector:
         matchLabels:
           role: client
     ...
   

2. hostNetwork Pod 在 ingress 或 egress 规则中被 podSelector 或 namespaceSelector 选中。

     ...
     ingress:
       - from:
         - podSelector:
             matchLabels:
               role: client
     ...
   

同时，由于 hostNetwork Pod 具有与其所在节点相同的 IP 地址，所以它们的连接将被视为节点连接。 例如，你可以使用 ipBlock 规则允许来自 hostNetwork Pod 的流量。

通过网络策略（至少目前还）无法完成的工作

到 Kubernetes 1.29 为止，NetworkPolicy API 还不支持以下功能， 不过你可能可以使用操作系统组件（如 SELinux、OpenVSwitch、IPTables 等等） 或者第七层技术（Ingress 控制器、服务网格实现）或准入控制器来实现一些替代方案。 如果你对 Kubernetes 中的网络安全性还不太了解，了解使用 NetworkPolicy API 还无法实现下面的用户场景是很值得的。

• 强制集群内部流量经过某公用网关（这种场景最好通过服务网格或其他代理来实现）；
• 与 TLS 相关的场景（考虑使用服务网格或者 Ingress 控制器）；
• 特定于节点的策略（你可以使用 CIDR 来表达这一需求不过你无法使用节点在 Kubernetes 中的其他标识信息来辩识目标节点）；
• 基于名字来选择服务（不过，你可以使用 标签 来选择目标 Pod 或名字空间，这也通常是一种可靠的替代方案）；
• 创建或管理由第三方来实际完成的“策略请求”；

• 实现适用于所有名字空间或 Pod 的默认策略（某些第三方 Kubernetes 发行版本或项目可以做到这点）；
• 高级的策略查询或者可达性相关工具；
• 生成网络安全事件日志的能力（例如，被阻塞或接收的连接请求）；
• 显式地拒绝策略的能力（目前，NetworkPolicy 的模型默认采用拒绝操作， 其唯一的能力是添加允许策略）；
• 禁止本地回路或指向宿主的网络流量（Pod 目前无法阻塞 localhost 访问， 它们也无法禁止来自所在节点的访问请求）。

NetworkPolicy 对现有连接的影响

当应用到现有连接的 NetworkPolicy 集合发生变化时，这可能是由于 NetworkPolicy 发生变化或者在现有连接过程中（主体和对等方）策略所选择的名字空间或 Pod 的相关标签发生变化， 此时是否对该现有连接生效是由实现定义的。例如：某个策略的创建导致之前允许的连接被拒绝， 底层网络插件的实现负责定义这个新策略是否会关闭现有的连接。 建议不要以可能影响现有连接的方式修改策略、Pod 或名字空间。

接下来

• 参阅声明网络策略演练了解更多示例；
• 有关 NetworkPolicy 资源所支持的常见场景的更多信息， 请参见此指南。