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Infrastructure/Kubernetes

[CKA] Networking (CNI)

RoyOps 2025. 3. 12. 12:03

Networking (CNI)

  • 이번 장에서는 Certified Kubernetes Administrator (CKA) 을 준비하며 "Container Network Interface (CNI)"에 대해서 자세하게 알아보도록 한다.

CNI (Container Network Interface)

CNI의 역할과 쿠버네티스의 책임

  • CNI의 역할: CNI는 컨테이너 런타임이 컨테이너 네트워크 네임스페이스를 생성하고 네트워크에 연결하는 방법을 정의한다.
  • 쿠버네티스의 책임: 쿠버네티스는 CNI 표준에 따라 컨테이너 네트워크 네임스페이스를 생성하고, 적절한 네트워크 플러그인을 호출하여 컨테이너를 네트워크에 연결해야 한다.

CNI 플러그인 설치 위치

  • /opt/cni/bin 디렉토리: CNI 플러그인 실행 파일은 이 디렉토리에 설치된다.
    • 예시 플러그인: bridge, DHCP, flannel 등 다양한 플러그인 실행 파일이 존재한다.
  • /etc/cni/net.d 디렉토리: CNI 플러그인 구성 파일은 이 디렉토리에 위치한다.
    • 구성 파일: 각 플러그인에 대한 구성 파일이 존재하며, 컨테이너 런타임은 이 파일을 참조하여 사용할 플러그인을 결정한다.
    • 파일 선택 순서: 여러 구성 파일이 존재할 경우, 알파벳 순서로 파일이 선택된다.

CNI 플러그인 확인

  • ps -aux | grep kubelet 명령어를 사용하여 현재 kubelet에 적용되어 있는 CNI 옵션을 확인할 수 있다.

CNI 플러그인 구성 파일 내용 (예: bridge)

  • JSON 형식: 구성 파일은 CNI 표준에 정의된 JSON 형식을 따른다.
  • 주요 설정 항목:
    • name: 네트워크 이름 (예: "mynet")
    • type: 플러그인 유형 (예: "bridge")
    • isGateway: 브리지 인터페이스에 IP 주소를 할당하여 게이트웨이 역할을 수행할지 여부
    • ipMasq: IP 마스커레이딩(NAT) 규칙을 추가할지 여부
    • ipam: IP 주소 관리(IPAM) 구성
    • bridge: 브리지 네트워크 구성
      • type: IPAM 유형 (예: "host-local", "dhcp")
      • subnet 또는 range: 파드에 할당된 IP 주소 서브넷 또는 범위
      • routes: 파드에 필요한 라우팅 정보
  • host-local IPAM: 로컬 호스트에서 IP 주소를 관리한다.
  • dhcp IPAM: 외부 DHCP 서버를 사용하여 IP 주소를 관리한다.

쿠버네티스의 CNI 플러그인 사용 과정

  • 컨테이너 런타임: 쿠버네티스의 컨테이너 런타임(Containerd, CRI-O 등)이 컨테이너 생성 시 CNI 플러그인을 호출한다.
  • CNI 구성 확인: 컨테이너 런타임은 /etc/cni/net.d 디렉토리에서 사용할 플러그인 구성 파일을 찾는다.
  • 플러그인 실행: 컨테이너 런타임은 /opt/cni/bin 디렉토리에서 해당 플러그인 실행 파일을 찾아 실행한다.
  • 플러그인 설정 적용: 플러그인은 구성 파일에 정의된 설정을 적용하여 컨테이너 네트워크를 설정한다.

핵심 개념

  • CNI (Container Network Interface): 컨테이너 네트워크 네임스페이스를 생성하고 네트워크에 연결하는 방법을 정의하는 표준 인터페이스
  • 플러그인: 컨테이너 네트워크 설정을 담당하는 프로그램 (bridge, DHCP, flannel 등)
  • /opt/cni/bin: CNI 플러그인 실행 파일이 위치하는 디렉토리
  • /etc/cni/net.d: CNI 플러그인 구성 파일이 위치하는 디렉토리
  • IPAM (IP Address Management): IP 주소 할당 및 관리를 담당하는 서브시스템 (host-local, DHCP 등)

CNI Weave

기존 파드 네트워킹 방식의 한계

  • 라우팅 테이블 관리의 어려움: 수백 개의 노드와 수천 개의 파드가 있는 대규모 환경에서는 라우팅 테이블 관리가 매우 복잡하고 비효율적이다.
  • 라우터 설정의 복잡성: 각 노드의 라우팅 테이블을 수동으로 설정하거나 라우터에 복잡한 라우팅 규칙을 설정하는 것은 확장성이 떨어진다.

Weave CNI 플러그인의 작동 방식

  • Weave Peer 에이전트: 각 노드에 Weave Peer 에이전트(서비스 또는 데몬)를 배포한다.

  • 에이전트 간 통신: Weave Peer 에이전트는 서로 통신하여 노드, 네트워크, 파드에 대한 정보를 교환하고 전체 클러스터의 토폴로지를 구축한다.

  • Weave 브리지 네트워크: 각 노드에 Weave 브리지 네트워크(예: weave)를 생성하고 IP 주소를 할당한다.

  • 파드 라우팅 설정: Weave는 파드에 에이전트로 향하는 올바른 라우팅 경로를 설정하여 파드가 에이전트를 통해 다른 파드와 통신할 수 있도록 한다.
  • 패킷 캡슐화 및 역캡슐화:
    • 다른 노드의 파드로 패킷을 전송할 때 Weave는 패킷을 캡슐화하여 새로운 소스 및 대상 주소를 가진 패킷으로 만든다.
    • 대상 노드의 Weave 에이전트는 패킷을 역캡슐화하여 원래 패킷을 복원하고 대상 파드로 전달한다.

Weave 배포 방법

  • 수동 배포: 각 노드에 Weave 서비스 또는 데몬을 수동으로 배포할 수 있다.
  • 쿠버네티스 배포: 쿠버네티스 클러스터가 이미 설정된 경우 kubectl apply 명령어를 사용하여 Weave를 파드로 배포하는 것이 더 쉽다.
  • DaemonSet 배포: Weave Peer 에이전트는 DaemonSet으로 배포되어 클러스터의 모든 노드에 하나의 파드가 배포되도록 한다.
  • Kubeadm 설치: Kubeadm 도구를 사용하여 쿠버네티스 클러스터를 설치하고 Weave 플러그인을 선택하면 Weave Peer 파드가 각 노드에 자동으로 배포된다.

문제 해결

  • 로그 확인: kubectl logs 명령어를 사용하여 Weave Peer 파드의 로그를 확인하여 문제를 해결할 수 있다.

핵심 개념

  • Weave Peer 에이전트: 노드 간 통신 및 파드 라우팅을 담당하는 Weave 구성 요소다.
  • Weave 브리지 네트워크: 파드 간 통신을 위한 가상 스위치 역할을 한다.
  • 패킷 캡슐화 및 역캡슐화: 다른 노드의 파드로 패킷을 전송하는 데 사용되는 기술이다.
  • DaemonSet: 클러스터의 모든 노드에 하나의 파드를 배포하는 쿠버네티스 클러스터다.

추가 사항

  • Weave는 복잡한 라우팅 테이블 관리 없이 파드 간 통신을 가능하게 하는 효과적인 CNI 플러그인이다.
  • Weave Peer 에이전트 간 통신을 통해 클러스터 전체의 네트워크 토폴로지를 관리한다.
  • Weave 배포는 쿠버네티스 환경에서 매우 간단하며, DaemonSet을 사용하여 모든 노드에 에이전트를 자동으로 배포할 수 있다.

Weave Cloud 서비스 종료

기존 설치 링크 작동 중단

  • 기존 Weave Net 설치 링크(kubectl apply -f "https://cloud.weave.works/k8s/net?k8s-version=$(kubectl version | base64 | tr -d '\n')")는 더 이상 작동하지 않는다.

새로운 설치 링크 제공

IP Address Management (IPAM)

IP 주소 관리 범위

  • 노드 IP 주소: 사용자가 직접 관리하거나 외부 IPAM 솔루션을 사용할 수 있다.
  • 가상 브리지 네트워크 및 파드 IP 주소: 노드의 가상 브리지 네트워크에 IP 서브넷을 할당하고 파드에 IP 주소를 할당할 수 있다.

IP 주소 할당 책임

  • CNI 플러그인: CNI 표준에 따라 CNI 플러그인(네트워크 솔루션 제공 업체)이 컨테이너에 IP 주소를 할당할 책임을 가진다.
  • 자체 플러그인: 자체 제작된 CNI 플러그인에서도 파드에 IP 주소를 할당할 수 있다.

IP 주소 관리 방법

  • 중복 IP 주소 방지: 쿠버네티스는 IP 주소 관리 방법을 지정하지 않지만, 중복 IP 주소를 할당하지 않고 적절하게 관리해야 한다.
  • 파일 저장: IP 주소 목록을 파일에 저장하고 스크립트에서 파일을 관리하는 방식으로 IP 주소를 관리할 수 있다.

  • CNI 내장 플러그인: CNI는 호스트 로컬(host-local) 및 DHCP와 같은 두 가지 내장 플러그인을 제공하여 IP 주소 관리를 아웃소싱할 수 있다.

호스트 로컬(host-local) 플러그인

  • 로컬 관리: 각 호스트에서 IP 주소를 로컬로 관리한다.
  • CNI 구성 파일: CNI 구성 파일의 ipam 섹션에서 사용할 플러그인 유형, 서브넷, 라우팅 정보를 지정할 수 있다.
  • 동적 플러그인 지원: 스크립트를 동적으로 만들어 다양한 플러그인을 지원할 수 있다.

Weaveworks IP 주소 관리

  • 기본 IP 범위: Weave는 기본적으로 10.32.0.0/12 IP 범위를 전체 네트워크에 할당한다.
  • 노드별 IP 범위 분할: Weave Peer는 IP 범위를 노드 수에 따라 균등하게 분할하고 각 노드에 IP 범위를 할당한다.
  • 파드 IP 주소 할당: 각 노드의 파드는 해당 노드에 할당된 IP 범위에서 IP 주소를 할당받는다.
  • 구성 가능: Weave 플러그인 배포 시 추가 옵션을 사용하여 IP 범위를 구성할 수 있다.

참고한 강의

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