- Cilium의 아키텍처 개요
- 컨트롤 플레인과 데이터 플레인 재구성
- Cilium의 주요 기능 개요
- Cilium Agent의 역할
- 에이전트의 기본 기능 및 책임
- 정책 관리 및 네트워크 구성
- Cilium Operator의 기능
- 클러스터 관리를 위한 역할
- 노드 및 리소스 관리
- 데이터 플레인 심층 분석
- ebpf 프로그램의 다양한 유형
- 패킷 처리 흐름 과정
- Hubble과 네트워크 관찰
- Hubble의 구성요소 소개
- 네트워크 흐름 모니터링 기능
- Cilium CRD 리소스 이해
- 중요한 CRD 목록 설명
- Ciliumnetworkpolicy 활용하기
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Cilium의 아키텍처 개요
Cilium은 Kubernetes와 같은 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼에 통합되어 운영되는 고급 네트워킹 및 보안 솔루션입니다. 이 시스템의 아키텍처는 컨트롤 플레인과 데이터 플레인으로 나뉘며, 각각의 역할과 기능이 뚜렷하게 구분되어 있습니다. 이제 이 두 가지 플레인의 특징과 상호작용을 자세히 살펴보겠습니다.
컨트롤 플레인과 데이터 플레인 재구성
Cilium 아키텍처의 핵심은 컨트롤 플레인과 데이터 플레인의 정교한 구성이며, 이는 아래와 같은 구성 요소로 나눌 수 있습니다:
| 구성요소 | 역할 |
|---|---|
| Cilium Agent | 각 노드에서 실행되며 패킷 필터링 및 정책 시행 |
| Cilium Operator | 클러스터 수준의 리소스 및 정책을 관리 |
| EBPF 프로그램 | 커널 내에서 실행되어 패킷 처리와 네트워킹 기능 제공 |
| EBPF 맵 | 데이터 상태 저장 및 공유 역할 |
“Cilium의 아키텍처는 네트워킹, 보안, 관찰성이 통합된 강력한 솔루션을 제공합니다.”
데이터 플레인은 주로 패킷 처리와 네트워크 흐름을 관장하며, 컨트롤 플레인은 정책과 리소스를 관리합니다. 이러한 두 플레인의 분리는 장애 내성을 높이고 성능을 최적화하는 데 기여합니다.
Cilium의 주요 기능 개요
Cilium은 다양한 기능을 제공하여 Kubernetes 네트워킹 환경을 더욱 향상시킵니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:
-
정책 관리: Cilium은 사용자가 정의한 네트워크 정책을 효과적으로 관리하고 적용할 수 있도록 지원합니다. 이를 통해 보안을 강화하고 트래픽을 조절하는 데 도움을 줍니다.
-
로드 밸런싱: 고도의 로드 밸런싱 기능을 제공하여 다양한 서비스 간의 트래픽을 효율적으로 분산합니다.
-
관찰성: Hubble을 통해 네트워크 흐름을 모니터링하고 시각화하여 문제 해결을 용이하게 합니다.
-
확장성: Cilium의 아키텍처는 대규모 클러스터에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 설계되었습니다. 이는 높은 트래픽을 처리하고 다양한 서비스 간의 연결을 효율적으로 유지할 수 있게 합니다.
-
보안 기능: Cilium은 동적 세분화와 같은 고급 네트워크 보안 기능을 제공하여 허가된 트래픽만이 통과할 수 있도록 합니다.
Cilium의 강력한 아키텍처와 다양한 기능은 쿠버네티스 환경에서 유연성과 안전성을 보장하여 효율적인 네트워킹 솔루션을 제공합니다. 이러한 요소들은 현대의 분산 시스템에서 필수적입니다.
Cilium Agent의 역할
Cilium Agent는 Kubernetes 환경에서 네트워크 및 보안 정책을 관리하기 위한 중요한 구성요소입니다. 각 노드에 배포되어 네트워크 트래픽을 모니터링하고 관리하며, 전반적인 클러스터의 성능을 향상시키는 역할을 합니다. 본 섹션에서는 Cilium Agent의 기본 기능 및 책임, 그리고 정책 관리 및 네트워크 구성에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
에이전트의 기본 기능 및 책임
Cilium Agent의 주요 책임은 여러 가지로 분류할 수 있습니다. 에이전트는 각 노드에서 실행되며 네트워크 정책을 시행하고, 패킷을 처리하며, 엔드포인트를 관리합니다. 다음은 Cilium Agent의 기능 목록입니다.
| 기능 | 설명 |
|---|---|
| ebpf 프로그램 관리 | 커널에 ebpf 프로그램을 로드하고 업데이트합니다. |
| 네트워크 정책 관리 | Kubernetes NetworkPolicy와 CiliumNetworkPolicy를 해석하고 적용합니다. |
| 엔드포인트 관리 | Pod의 생성 및 삭제를 감지하고 IP 주소를 할당합니다. |
| 서비스 디스커버리 및 로드 밸런싱 | Kubernetes 서비스를 감지하고, 로드 밸런싱을 구현합니다. |
| 네트워크 연결 관리 | 노드 간 네트워크 연결을 제어합니다. |
| 모니터링 데이터 수집 | 네트워크 흐름 데이터를 수집하고 성능 메트릭을 기록합니다. |
이처럼 Cilium Agent는 네트워크 정책, 엔드포인트, 모니터링 데이터 등 네트워크와 관련된 여러 측면을 책임지고 관리합니다. 에이전트가 없었더라면, Kubernetes 클러스터의 네트워크 보안은 더욱 복잡해질 수 있습니다.
“Cilium Agent는 Kubernetes의 네트워크 관리를 간소화하고, 효율적인 성능을 유지하는 데 필요한 핵심 요소입니다.”
정책 관리 및 네트워크 구성
Cilium Agent는 네트워크 정책 관리를 위한 중요한 책임을 가지고 있습니다. 정책 관리는 Cilium의 주된 기능 중 하나로 Kubernetes 클러스터의 보안과 성능을 결정짓는 중요한 요소입니다. 에이전트는 다음과 같은 과정을 통해 네트워크 정책을 관리합니다.
- 정책 해석: Kubernetes API를 통해 전달된 네트워크 정책을 해석합니다.
- ebpf 프로그램 생성: 해석된 정책에 따라 ebpf 프로그램을 생성하고, 이를 커널에 로드하여 정책을 구현합니다.
- 상태 모니터링: 실행 중인 정책의 상태를 모니터링하고, 상태 변화가 발생할 경우 이를 반영합니다.
이러한 과정은 정책의 일관성과 신뢰성을 보장하는 데 꼭 필요합니다. Cilium Agent는 내부적으로 상태를 지속적으로 업데이트함으로써, 클러스터 내 모든 트래픽이 설정된 정책에 따라 관리되도록 합니다.
이를 통해 Cilium Agent는 Kubernetes의 네트워크 정책 구현이 원활하게 이루어지도록 하여 사용자에게 안전하고 효율적인 네트워크 환경을 제공합니다.
앞으로 Cilium의 다양한 기능과 그 활용 방법에 대해 더 깊이 이해해 보시기 바랍니다. Cilium Agent를 통해 Kubernetes의 네트워크 구성 및 관리가 한층 진화할 것입니다.
Cilium Operator의 기능
Cilium Operator는 Kubernetes 클러스터의 네트워크 정책과 관련된 여러 작업을 관리하는 중요한 구성요소입니다. Cilium Operator의 두 가지 주요 기능은 클러스터 관리를 위한 역할과 노드 및 리소스 관리입니다.
클러스터 관리를 위한 역할
Cilium Operator는 클러스터 전체의 네트워킹 및 보안을 관리하는 역할을 맡고 있습니다. 다음의 기능이 포함됩니다:
-
IP 주소 관리: Cilium Operator는 CRD 기반의 IP 주소 풀을 관리하여 IP 주소의 할당과 충돌을 방지합니다. 이를 통해 각 노드가 충돌 없이 IP를 사용할 수 있도록 조정합니다.
-
노드 상태 모니터링: 클러스터 내 모든 노드를 검색하고 등록하여, 노드의 상태를 지속적으로 모니터링합니다. 이 과정에서 노드의 메타데이터를 관리하여 전체 클러스터의 상태를 보장합니다.
-
Custom Resource Definition (CRD) 관리: Cilium의 CRD를 검증하고, 클러스터 전반의 정책을 관리하며, 필요에 따라 업그레이드 및 마이그레이션 작업을 수행합니다.
“Cilium Operator는 클러스터 수준에서 모든 네트워크 리소스를 일관되게 관리합니다.”
이러한 작업을 통해 Cilium Operator는 클러스터의 성능과 안정성을 향상시키는 데 기여합니다.
노드 및 리소스 관리
Cilium Operator는 개별 노드에 대해 많은 역할을 수행합니다. 중요한 기능은 다음과 같습니다:
-
노드 등록 및 상태 보고: 각 노드의 정보를 등록하고, 노드의 상태를 지속적으로 업데이트하여 클러스터 관리자에게 필요한 정보를 제공합니다.
-
정책 및 서비스 동기화: 외부 서비스와의 동기화를 통해 클러스터의 글로벌 서비스를 관리하고, 서비스의 헬스 체크를 수행합니다.
-
가비지 컬렉션: 사용되지 않는 리소스를 자동으로 식별하고 정리하여 클러스터의 효율성을 높입니다. 이를 통해 리소스의 중복을 방지하고, 더 깨끗한 클러스터 환경을 유지할 수 있습니다.
| 역할 | 기능 |
|---|---|
| IP 주소 관리 | CRD 기반 IP 주소 풀 관리 및 할당 조정 |
| 노드 상태 관리 | 노드 검색, 등록 및 상태 모니터링 |
| CRD 관리 | CiliumNetworkPolicy 검증 및 클러스터 전체 정책 관리 |
| 서비스 동기화 | 외부 서비스 동기화 및 헬스 체크 수행 |
| 가비지 컬렉션 | 사용되지 않는 리소스 식별 및 정리 |
이와 같은 기능은 Cilium Operator가 Kubernetes 클러스터 내에서 효율적이고 안정적인 네트워크 운영을 보장하게 합니다. Cilium Operator는 이렇게 다양한 역할과 책임을 통해 Kubernetes 클러스터의 네트워크 환경을 더 나은 방향으로 발전시키고 있습니다.
데이터 플레인 심층 분석
데이터 플레인은 cilium 아키텍처의 중요한 구성 요소로, 실제 패킷 처리와 정책 시행을 담당합니다. 이 섹션에서는 데이터 플레인의 핵심 요소인 ebpf 프로그램과 패킷 처리 흐름 과정에 대해 심층적으로 분석합니다.
ebpf 프로그램의 다양한 유형
cilium은 여러 가지 유형의 ebpf 프로그램을 사용하여 다양한 네트워크 기능을 구현합니다. 각 ebpf 프로그램은 특정 네트워크 스택 지점에서 실행되며, 다음과 같은 역할을 수행합니다.
“각 프로그램은 서로 다른 네트워크 스택 지점에서 최적화되어 특정 기능을 구현합니다.”
| ebpf 프로그램 유형 | 설명 |
|---|---|
| XDP 프로그램 | 패킷이 네트워크 드라이버에 도착 직후 처리하여 초기 필터링 및 ddos 방어 등을 수행합니다. |
| TC 프로그램 | 네트워크 스택의 인그레스/이그레스 지점에서 L3/L4 정책을 시행합니다. |
| 소켓 프로그램 | 소켓 수준에서 통신을 제어하며, 소켓 리다이렉션을 수행합니다. |
| Cgroup 프로그램 | 컨테이너 그룹 수준에서 정책을 시행하고 네트워크 네임스페이스를 제어합니다. |
| 트레이싱 프로그램 | 네트워크 이벤트를 추적하고 디버깅 정보를 수집합니다. |
이러한 다양한 ebpf 프로그램은 cilium의 전반적인 네트워킹 및 보안 솔루션을 강화하는 데 기여합니다.
패킷 처리 흐름 과정
cilium의 데이터 플레인에서는 패킷이 네트워크 인터페이스에 도착한 후, 여러 과정을 거쳐 처리됩니다. 패킷 처리 흐름의 단계는 다음과 같습니다:
- 패킷 수신: 패킷이 네트워크 인터페이스에 도착합니다.
- XDP 프로그램 실행: 드라이버 수준에서 패킷이 수신되고 초기 필터링이 진행됩니다. 여기서 DDoS 방어와 빠른 리다이렉션이 이루어집니다.
- TC 인그레스 처리: 패킷이 네트워크 스택으로 전달되며, 연결 추적이 이루어집니다.
- 정책 결정 및 시행: 소스 및 대상 ID에 따라 정책 맵에서 조회하여 패킷이 허용되는지 결정합니다.
- L7 정책 처리: 필요시 패킷이 L7 프록시로 리다이렉션됩니다.
- 패킷 변환 및 전달: 필요한 NAT를 수행하고 최종적으로 대상 인터페이스로 패킷을 전달합니다.
- 이벤트 기록: 패킷 처리 결과는 모니터링 시스템에 기록됩니다.
이 과정은 대부분 커널 내에서 발생하여 전통적인 네트워킹 스택보다 더 효율적입니다. 데이터 플레인과 컨트롤 플레인의 세밀한 상호작용 덕분에 cilium은 높은 성능과 안정성을 제공합니다.
Hubble과 네트워크 관찰
Hubble은 Cilium의 중요한 구성 요소로서, 네트워크 관찰과 모니터링에 필수적인 역할을 수행합니다. 이 섹션에서는 Hubble의 구성요소 및 네트워크 흐름 모니터링 기능에 대해 설명하겠습니다.
Hubble의 구성요소 소개
Hubble은 여러 가지 중요한 구성요소로 이루어져 있으며, 각각의 역할이 다릅니다. Hubble의 주요 구성요소는 다음과 같습니다.
| 구성요소 | 설명 |
|---|---|
| Hubble Server | 각 Cilium agent에 내장되어 있으며, 네트워크 흐름 데이터를 수집하고 처리합니다. |
| Hubble Relay | 여러 Hubble Server의 데이터를 집계하여 클러스터 수준의 전반적인 뷰를 제공합니다. |
| Hubble CLI | 명령줄 인터페이스로, 사용자가 데이터 쿼리를 통해 네트워크 흐름을 분석할 수 있습니다. |
| Hubble UI | 웹 기반 시각화 인터페이스로, 서비스 맵 및 네트워크 흐름 대시보드를 제공합니다. |
이러한 구성요소들은 함께 작동하여 포괄적인 네트워크 가시성을 제공하여, 사용자들이 네트워크의 상태와 흐름을 쉽게 모니터링할 수 있도록 돕습니다.
네트워크 흐름 모니터링 기능
Hubble의 주요 기능 중 하나는 네트워크 흐름 모니터링입니다. Hubble은 ebpf 데이터 플레인에서 수집한 정보를 기반으로 하여 네트워크 이벤트를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. Hubble이 수집하는 주요 네트워크 흐름 정보는 다음과 같습니다:
-
기본 연결 메타데이터
타임스탬프와 함께 소스 및 목적지의 IP 정보, 패킷의 유형 및 판별 결과를 포함합니다. -
L3/L4 정보
네트워크 계층(L3) 및 전송 계층(L4) 메타데이터, 소스 및 대상 IP, 포트, 프로토콜 정보, 패킷 및 바이트 수 카운트를 제공합니다. -
L7 프로토콜 정보
HTTP 메서드와 경로, Kafka 토픽 정보, DNS 쿼리 및 응답 분석 데이터 등의 풍부한 정보가 포함됩니다. -
쿠버네티스 컨텍스트
네임스페이스, Pod 이름, 서비스 이름, 워크로드 레이블 등의 메타데이터를 수집하여 네트워크 문제 디버깅 및 성능 분석을 용이하게 합니다.
Hubble의 네트워크 흐름 모니터링 기능은 다음과 같은 장점을 제공합니다:
“네트워크 문제 해결, 보안 모니터링 및 애플리케이션 성능 분석이 훨씬 원활해집니다.”
Hubble을 통해 수집된 정보는 보안 감사, 성능 최적화 및 오류 탐지와 같은 다양한 활용성을 제공합니다
. 이로 인해, 실시간으로 네트워크 데이터를 효과적으로 관리하고 적시에 대응할 수 있습니다.
이와 같은 Hubble의 구조와 기능을 통해, Cilium은 차별화된 네트워크 관찰성과 가시성를 제공하여, 현대의 복잡한 복합 환경에서도 안정적이고 효율적으로 작동하는 네트워크 솔루션을 구현하고 있습니다.
Cilium CRD 리소스 이해
Kubernetes 환경에서 Cilium은 네트워킹과 보안 정책을 세분화하여 관리할 수 있도록 도와주는 중요한 요소입니다. 본 섹션에서는 Cilium의 Custom Resource Definition(CRD) 리소스에 대한 이해를 높이고, 특히 주요 CRD 목록과 CiliumNetworkPolicy를 활용하는 방법에 대해 살펴보겠습니다.
중요한 CRD 목록 설명
Cilium은 다양한 CRD 리소스를 사용하여 복잡한 네트워크 설정을 간소화하고 높은 가시성을 제공합니다. 주요 CRD 목록은 다음과 같습니다:
| CRD 이름 | 설명 |
|---|---|
ciliumclusterwidenetworkpolicies.cilium.io |
전체 클러스터에 적용되는 네트워크 정책 정의 |
ciliumendpoints.cilium.io |
Cilium이 관리하는 각 엔드포인트에 대한 상태 정보 |
ciliumexternalworkloads.cilium.io |
외부 워크로드에 대한 세부 정보 저장 |
ciliumidentities.cilium.io |
아이덴티티 기반의 보안 정보 저장 |
ciliumnetworkpolicies.cilium.io |
Kubernetes NetworkPolicy를 확장하여 세부적인 네트워크 정책 정의 |
ciliumnodes.cilium.io |
Cilium 노드 정보 저장 |
이러한 CRD들은 Cilium의 기능을 확장하고 정교한 보안 정책 구현을 지원합니다. CRD를 통해 사용자들은 자신들의 네트워크 요구에 맞춰 유연하게 조정할 수 있습니다.
Ciliumnetworkpolicy 활용하기
CiliumNetworkPolicy는 Kubernetes의 기본 NetworkPolicy를 기반으로 하여 더욱 세분화된 트래픽 제어 및 보안을 가능하게 합니다. 이를 통해 사용자는 특정 애플리케이션 트래픽에 대해 더 엄격한 정책을 정의할 수 있습니다.
다음은 CiliumNetworkPolicy의 예시입니다:
apiVersion: cilium.io/v2
kind: CiliumNetworkPolicy
metadata:
name: secure-api
namespace: app
spec:
endpointSelector:
matchLabels:
app: api-server
ingress:
- fromEndpoints:
- matchLabels:
app: frontend
toPorts:
- ports:
- port: "8080"
protocol: tcp
rules:
http:
- method: "get"
path: "/api/v1/public.*"
- method: "get"
path: "/api/v1/users"
headers:
- 'authorization: bearer [a-zA-Z0-9_-]+'
위 정책은 다음과 같은 기능을 제공합니다:
1. 'app: api-server' 레이블이 있는 모든 pod를 보호합니다.
2. 'app: frontend' 레이블이 있는 pod에서만의 트래픽을 허용합니다.
3. TCP 포트 8080으로의 접근만 허용합니다.
4. HTTP GET 메소드와 특정 경로만 접근을 허용합니다.
5. 인증 헤더가 있는 요청만 추가 경로를 허용합니다
.
CiliumNetworkPolicy는 Cilium의 고급 기능을 활용하여 보안과 트래픽 관리를 더욱 정밀하게 수행할 수 있는 강력한 도구입니다.
이렇게 효과적으로 정책을 구현함으로써, Kubernetes 환경에서 Cilium을 통한 네트워크 관리 및 보안 강화를 할 수 있습니다.