Skip to main content

Kubernetes Networking Basics

Introduction​

Kubernetes Networking เป็นส่วนที่สำคัญในการเชื่อมต่อและจัดการการสื่อสารระหว่าง Pods, Services, และทรัพยากรอื่น ๆ ภายใน Kubernetes Cluster โดย Kubernetes ใช้แนวคิดของ Flat Network ซึ่งหมายความว่า ทุก Pod ภายใน Cluster สามารถเชื่อมต่อถึงกันได้โดยตรง โดยไม่ต้องใช้ NAT หรือการแปลที่อยู่ IP

ในบทนี้, เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับพื้นฐานของการทำงานของเครือข่ายใน Kubernetes รวมถึงการตั้งค่า Pods, Services, Network Policies และ DNS ภายใน Kubernetes

Key Concepts​

  1. Pod Networking:

    • ทุก Pod ใน Kubernetes จะได้รับ IP Address เฉพาะตัว โดยไม่ขึ้นอยู่กับ Node ที่มันถูกติดตั้ง
    • Kubernetes ใช้ CNI (Container Network Interface) เพื่อติดตั้งและจัดการเครือข่ายของ Pods

  2. Cluster Networking:

    • ทุก Pod ใน Kubernetes สามารถสื่อสารกับ Pod อื่นใน Cluster ได้ โดยใช้ IP Address ของ Pod
    • Cluster networking ถูกออกแบบให้มีเสถียรภาพและสามารถรองรับการสื่อสารระหว่าง Pods โดยตรงในระดับ IP

  3. Service Networking:

    • Service เป็นการ Abstraction ของชุด Pod ที่ทำงานใน Kubernetes เพื่อให้สามารถเข้าถึงได้จากภายนอก Cluster
    • Service มี IP Address ของตัวเองที่เป็น Virtual IP ซึ่ง Kubernetes จะทำการโหลดบาลานซ์การเข้าถึงไปยัง Pods ที่เกี่ยวข้อง

  4. DNS in Kubernetes:

    • Kubernetes มีระบบ DNS ภายใน Cluster ที่ช่วยให้คุณสามารถเข้าถึง Services โดยการใช้ชื่อ (DNS Name) แทน IP Address
    • ตัวอย่างเช่น, Service ชื่อ my-service สามารถเข้าถึงได้จาก Pod อื่นๆ โดยการใช้ชื่อ my-service.default.svc.cluster.local

  5. Network Policies:

    • Network Policies ช่วยให้คุณสามารถกำหนดกฎเกณฑ์การเข้าถึงระหว่าง Pods ใน Cluster โดยการกำหนดการอนุญาตการสื่อสารระหว่าง Pods โดยใช้ Labels และ Selectors

Kubernetes Networking Model​

Flat Network​

ใน Kubernetes, ทุก Pod จะได้รับ IP Address เฉพาะ และสามารถสื่อสารระหว่างกันได้โดยตรง ไม่ว่าพวกมันจะอยู่ใน Node ไหนก็ตาม

  • No NAT (Network Address Translation): Kubernetes ไม่ใช้ NAT เพื่อแปลง IP Address ของ Pods
  • Pod-to-Pod Communication: Pods สามารถสื่อสารกันได้โดยตรงจาก Pod หนึ่งไปยังอีก Pod หนึ่ง

Kubernetes Services​

Kubernetes Services ช่วยให้การเชื่อมต่อระหว่าง Pods สามารถทำได้ง่ายขึ้น โดยการสร้าง Virtual IP (ClusterIP) ซึ่งจะถูกโหลดบาลานซ์ไปยัง Pods ที่เกี่ยวข้อง

Types of Services​

  1. ClusterIP:

    • เป็น Service Default ที่ให้ IP ภายใน Cluster และสามารถเข้าถึงได้จากภายใน Cluster เท่านั้น
    • เหมาะสำหรับการสื่อสารระหว่าง Pods ภายใน Cluster

    Example of ClusterIP Service:

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-service
    spec:
      selector:
        app: my-app
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
          targetPort: 8080
      type: ClusterIP

  2. NodePort:

    • ทำให้สามารถเข้าถึง Service จากภายนอก Cluster ได้ผ่าน Node IP และ Port ที่ระบุ

    Example of NodePort Service:

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-nodeport-service
    spec:
      selector:
        app: my-app
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
          targetPort: 8080
          nodePort: 30001
      type: NodePort

  3. LoadBalancer:

    • ใช้สำหรับการเชื่อมต่อกับ Service จากภายนอก Cluster โดยการใช้ Load Balancer ที่มี IP Address สาธารณะ
    • ใช้งานได้ในคลัสเตอร์ที่รองรับการใช้งาน Load Balancer (เช่น บน Cloud)

    Example of LoadBalancer Service:

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: my-loadbalancer-service
    spec:
      selector:
        app: my-app
      ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
          targetPort: 8080
      type: LoadBalancer

DNS in Kubernetes​

Kubernetes มี DNS ที่ช่วยในการเข้าถึง Services โดยใช้ชื่อแทนการใช้ IP Address โดยไม่จำเป็นต้องรู้จัก IP Address ของ Service

  • Service DNS: Service ที่ชื่อ my-service ใน Namespace default จะสามารถเข้าถึงได้ที่ my-service.default.svc.cluster.local
  • Pod DNS: Pod สามารถใช้ชื่อ Pod-name.Namespace-name.svc.cluster.local เพื่อเชื่อมต่อกับ Pod อื่นใน Namespace เดียวกัน

Example of DNS Resolution​

  • Pod ใน default Namespace ต้องการเชื่อมต่อกับ Service ที่ชื่อ my-service: 
    curl my-service.default.svc.cluster.local

Network Policies​

Network Policies ช่วยในการควบคุมการเข้าถึงเครือข่ายภายใน Kubernetes Cluster โดยการกำหนดกฎเกณฑ์การอนุญาตการสื่อสารระหว่าง Pods โดยใช้ Labels และ Selectors

Example of a Network Policy​

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-front-end-to-back-end
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: front-end
  ingress:
    - from:
        - podSelector:
            matchLabels:
              role: back-end

ในตัวอย่างนี้, Pods ที่มี label role: front-end สามารถรับการเชื่อมต่อจาก Pods ที่มี label role: back-end เท่านั้น

Best Practices for Kubernetes Networking​

  1. Use DNS Names for Service Discovery:

    • ควรใช้ชื่อ DNS แทน IP Address สำหรับการเชื่อมต่อกับ Services เพื่อความยืดหยุ่นและความสามารถในการจัดการที่ดีขึ้น

  2. Isolate Traffic with Network Policies:

    • ใช้ Network Policies เพื่อควบคุมการเข้าถึงระหว่าง Pods และป้องกันไม่ให้ Pods ที่ไม่เกี่ยวข้องกันสามารถสื่อสารกันได้

  3. Use Services for Load Balancing:

    • ใช้ Services เพื่อจัดการการโหลดบาลานซ์การเข้าถึง Pods และทำให้การสื่อสารภายใน Cluster เป็นไปอย่างราบรื่น

  4. Ensure Proper Network Configuration:

    • ตรวจสอบให้แน่ใจว่า CNI (Container Network Interface) ที่ใช้ในคลัสเตอร์ได้รับการกำหนดค่าอย่างถูกต้องเพื่อให้สามารถรองรับการเชื่อมต่อระหว่าง Pods ได้

Conclusion​

Kubernetes Networking เป็นพื้นฐานสำคัญในการทำงานของ Cluster Kubernetes การเข้าใจการทำงานของ Pods, Services, DNS และ Network Policies จะช่วยให้คุณสามารถจัดการเครือข่ายใน Kubernetes ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยสามารถเชื่อมต่อ Pods และบริการต่าง ๆ ได้อย่างราบรื่นและปลอดภัย