Кратко о Kubernetes
Kubernetes стал стандартом де-факто для оркестрации контейнеров, позволяя автоматизировать развертывание, масштабирование и управление приложениями. При этом успех Kubernetes-кластера во многом зависит от надежной сетевой подсистемы. Каждый под в кластере получает свой IP-адрес и должен беспрепятственно общаться с другими подами и сервисами. Обеспечить такую связность — нетривиальная задача, требующая специальных сетевых решений. В практике Облакотеки мы часто сталкиваемся с выбором сетевого стека для разных проектов, и от этого выбора зависит производительность, безопасность и масштабируемость всего кластера.
Сетевые решения в Kubernetes можно условно разделить на два типа: низкоуровневые CNI-плагины (Container Network Interface) и высокоуровневые Service Mesh. CNI-плагины отвечают за базовую сетевую связность подов (на уровне L3/L4), а Service Mesh решает задачи более высокого уровня (L7): управление трафиком между сервисами, наблюдаемость, шифрование и безопасность взаимодействия. Ниже мы кратко рассмотрим, как Kubernetes организует сеть, и перейдем к обзору популярных решений обоих типов.
В Kubernetes сеть устроена максимально просто: каждый под находится в едином сетевом пространстве и свободно общается с другими. Это позволяет использовать привычные сетевые инструменты и упрощает разработку. За такую связность отвечают CNI-плагины, которые настраивают IP-адреса, маршруты и правила. Плагины бывают двух типов: простые оверлеи (например, VXLAN) и прямые L3-решения без лишней инкапсуляции. Более сложные задачи вроде умной маршрутизации запросов и шифрования решаются с помощью Service Mesh, таких как Istio. Service Mesh дополняет базовую сеть Kubernetes и помогает лучше контролировать и защищать трафик между сервисами.
Обзор инструментов и сценариев использования
Существует множество сетевых плагинов и инструментов для Kubernetes, но наиболее распространены следующие:
- Calico — мощный L3-плагин с маршрутизацией на основе BGP и поддержкой сетевых политик.
- Flannel — простой и легковесный L3-оверлей (VXLAN/UDP) для базовой связности.
- Weave Net — full-stack решение с mesh-оверлеем, шифрованием и поддержкой политик.
- Cilium — современный плагин на основе eBPF, обеспечивающий высокую производительность и глубокую инспекцию трафика.
- Istio — популярный Service Mesh, добавляющий надстройку над сетью Kubernetes для управления взаимодействием сервисов.
Рассмотрим каждый из них, их плюсы, минусы и типичные сценарии использования.
Calico
Calico — мощное решение с прямой маршрутизацией на основе BGP, что минимизирует задержки и нагрузку на сеть. Он особенно хорош для больших кластеров и сложных сценариев с высоким трафиком. Calico отлично подходит, если нужны сетевые политики и сегментация трафика на уровне приложений и сервисов.
Плюсы: высокая производительность, минимальный оверхед, поддержка сетевых политик, хорошая масштабируемость.
Минусы: сложнее начальная настройка, требует понимания BGP.
Flannel
Flannel — самый простой и легкий CNI-плагин. Он идеален для быстрого старта и небольших сред, где важна простота, а требования к безопасности минимальны.
Плюсы: простота развертывания, низкая нагрузка на ресурсы, высокая надежность.
Минусы: нет встроенных политик безопасности, минимальные возможности управления.
Weave Net
Weave Net предлагает mesh-сеть с автоматическим шифрованием, которая позволяет быстро и безопасно интегрировать удаленные узлы. Это решение балансирует между простотой и функциональностью.
Плюсы: простая настройка, шифрование трафика, поддержка сетевых политик и удобная визуализация.
Минусы: более высокая нагрузка на ресурсы, ограниченная масштабируемость для крупных кластеров.
Cilium
Cilium использует eBPF для быстрой обработки трафика и позволяет применять детализированные политики безопасности вплоть до уровня приложений (L7). Подходит для высоконагруженных сред с большими требованиями к производительности и безопасности.
Плюсы: очень высокая производительность, масштабируемость, глубокие возможности безопасности и наблюдаемости.
Минусы: повышенные требования к знаниям команды и среде развертывания (современное ядро Linux).
В Облакотеке мы экспериментировали с Cilium в высоконагруженных кластерах: действительно, при большой плотности подов на узле (сотни подов) время доступа к сервисам было более предсказуемым и стабильным по сравнению с iptables-реализацией. Cilium как open source проект уже поддерживается крупными игроками (например, включен как опция в AWS EKS и Google GKE), а его сообщество активно растет — это хороший знак для тех, кто планирует долгосрочное использование.
Istio (Service Mesh)
Istio управляет сетевым взаимодействием на уровне приложений. Он идеально подходит для сложных микросервисных архитектур, где необходим строгий контроль трафика и безопасности.
Плюсы: поддержка mTLS, продвинутые механизмы маршрутизации трафика, observability.
Минусы: существенно усложняет инфраструктуру и увеличивает потребление ресурсов.
Как выбрать сетевое решение для кластера
При таком богатстве вариантов, естественно, возникает вопрос: что же выбрать для своего Kubernetes-кластера? Универсального ответа нет: всё зависит от ваших приоритетов и условий. Ниже перечислю ключевые критерии выбора и приведу ориентиры, которые помогут принять решение.
Требования к производительности
Если ваши приложения активно нагружают сеть (много транзакций, потоков данных или репликаций), лучше выбирать плагины с минимальным сетевым оверхедом, такие как Calico или Cilium, в режиме прямой маршрутизации. Хотя на практике разница в скорости популярных решений (Calico, Flannel, Cilium) невелика (обычно менее 10%), критичны другие факторы: как решение ведет себя под нагрузкой, не растет ли сильно задержка при увеличении подов, сколько ресурсов CPU тратится на обработку пакетов.
На практике полезно проверять такие метрики, как задержка ping между подами, реальная пропускная способность при полной загрузке CPU и влияние размера пакета (MTU). Учтите, что VXLAN-сети могут «съедать» до 10% пропускной способности из-за инкапсуляции, а шифрование трафика (например, WireGuard) снижает скорость еще на 10–20%. В Облакотеке мы замечали, что активация шифрования в Weave снижала производительность примерно на 15%, что было приемлемо для наших задач по защите данных.
Но если ваша главная задача — выжать максимум производительности, особенно внутри дата-центра, смотрите в сторону Calico (BGP) или Cilium (eBPF). При этом помните, что узким местом в итоге чаще оказывается само приложение или дисковая подсистема, а не сеть.
Масштаб и размер кластера
Размер вашего будущего кластера — один из ключевых факторов при выборе сети. Если планируется кластер до 50 узлов, с задачей легко справится практически любое решение вроде Flannel или Weave. Но при масштабах в сотни узлов и тысячи подов стоит брать проверенные и масштабируемые плагины, такие как Calico или Cilium. Например, Calico успешно используется в продакшен-кластерах с более чем 1000 узлами (правда, нужна грамотная настройка BGP и компонента Typha). Cilium тоже легко выдерживает большие нагрузки благодаря использованию eBPF вместо традиционных iptables, которые при огромном числе правил могут значительно замедляться.
Кроме того, заранее продумайте сценарии с несколькими кластерами: если планируете связывать кластеры между собой (федерация), удобно выбирать решения с готовой поддержкой таких сценариев — например, Cilium Cluster Mesh или Istio Multi-Mesh.
На практике ключевая метрика масштабируемости — скорость добавления новых узлов и подов в кластер. В больших кластерах это критично. Например, Calico с маршрутизацией по BGP обновляет маршруты практически мгновенно, а eBPF-структуры в Cilium не теряют производительности даже на тысячах подов. Именно поэтому, если планируете очень динамичный кластер с частым автоскейлингом, смотрите в сторону этих решений.
Функциональность и возможности
Здесь смотрите внимательно, что вам реально нужно от сети, чтобы не переплачивать ресурсами и временем за лишнюю функциональность.
Сетевые политики. Если важна безопасность, берите решение, поддерживающее NetworkPolicy. Calico, Cilium и Weave справляются с этим отлично. Flannel без дополнительных расширений политики не поддерживает. Istio тоже умеет ограничивать доступ, но делает это на уровне сервисов и HTTP-запросов, а не IP-адресов.
Шифрование трафика. Если узлы расположены в разных дата-центрах или просто хотите защититься от перехвата, смотрите на решения с шифрованием. Weave умеет шифровать трафик «из коробки». Calico и Cilium поддерживают IPsec/WireGuard как опцию, а Istio — mTLS на уровне сервисов. На практике часто выбирают комбинированный подход: шифруют как сами пакеты (L3), так и трафик сервисов (L7), чтобы спать спокойно.
Отладка и мониторинг. В продакшене удобство мониторинга и диагностики — это половина успеха. Calico отлично интегрируется с Prometheus и имеет утилиту calicoctl. Cilium дает мощный инструмент Hubble, позволяющий быстро находить проблемы в сетевых потоках. Istio же просто создан для тех, кто любит наблюдать за микросервисами: трассировка запросов, метрики, красивые графики взаимодействий. В Облакотеке наши инженеры особенно ценят Hubble и Istio за то, что не приходится каждый раз вручную копаться в tcpdump.
Специальные возможности. У каждого решения есть уникальные фишки. Calico отлично интегрируется с физической сетью предприятия через BGP — это спасение, если надо соединить Kubernetes с традиционными сетевыми устройствами. Cilium может стать дополнительным уровнем защиты даже для обычных Linux-виртуалок. Istio прекрасно подходит для QA благодаря встроенным инструментам Fault Injection (имитация сбоев) и гибкой маршрутизации запросов (Traffic Shifting). Определите, нужно ли вам что-то из этого, заранее.
Сложность и компетенции команды
Объективно оцените, есть ли в вашей команде экспертиза, чтобы управлять выбранным решением. Если в команде сильные сетевики, не боящиеся BGP и роутинга, — Calico не доставит проблем, и они выжмут из него максимум. Если же с сетями тяжело, а Kubernetes нужно «завести и забыть», лучше начать с Flannel или Weave, где минимум настроек.
Cilium требует понимания eBPF и Linux internals — он мощный, но в неумелых руках можно и навредить (например, неправильно настроить лимиты на BPF-карты и получить отказ сети). При наличии поддержки (сообщества или коммерческой) его можно смело ставить, но закладывайте время на обучение команды.
Istio — это вообще особый зверь, часто им занимаются отдельные платформенные команды.
Если у вас нет людей, готовых глубоко копать YAML манифесты Istio и следить за его обновлениями, возможно, Service Mesh стоит отложить. Либо рассмотреть более простой Linkerd — он менее функционален, но проще.
Совместимость с инфраструктурой
Внедрение Kubernetes не происходит в вакууме — нередко он должен сосуществовать с уже имеющимися сетями, сервисами и требованиями организации. Именно поэтому при выборе сетевого решения задумайтесь о деталях интеграции:
- Облако или свой дата-центр? Если ваш кластер в облаке, облачные провайдеры предлагают собственные сетевые решения. Они идеально интегрированы с облачной инфраструктурой и обеспечивают удобство настройки. Но есть и минус: они накладывают свои ограничения (например, число IP-адресов на узел). Если нужна гибкость и независимость, можно заменить их на Calico или Cilium либо использовать комбинацию через Multus CNI. Для on-premise (bare-metal) кластеров обычно берут проверенные решения вроде Calico, Flannel или Weave, которые проще интегрировать в свою сеть.
- IP-адреса и маршрутизация. Заранее продумайте, как Kubernetes впишется в вашу сетевую схему. Если важно, чтобы внешние системы напрямую видели поды по IP-адресам, используйте Calico — он отлично умеет объявлять подсети подов через BGP. Weave и Flannel скрывают поды за IP-узлами, доступ извне только через LoadBalancer или NodePort, что иногда даже безопаснее. И не забудьте сразу проверить возможность настройки IP-диапазонов, чтобы не было конфликтов с текущими сетями.
- Фаерволы и корпоративная безопасность. Служба безопасности наверняка захочет контролировать сетевой трафик Kubernetes. Если политика компании требует контроля через физический firewall, используйте маршрутизируемые решения (например, Calico или Kube-router), которые легко интегрируются с внешними системами безопасности (SIEM, IDS). Если достаточно виртуальной изоляции, подойдут любые решения с поддержкой NetworkPolicy, такие как Calico, Cilium или Weave.
- Интеграция с legacy-приложениями и БД. Часто Kubernetes приходится соединять с унаследованными монолитами или базами данных. Самый простой подход — прокси или шлюзы (например, Istio Gateway). Если нужно напрямую интегрировать поды в существующие сети, используйте Multus CNI, который позволяет назначать подам несколько сетевых интерфейсов одновременно (например, один для внутренней сети, другой — в отдельную VLAN).
- Миграция и совместимость. Замена сетевого решения в уже работающем кластере — дело рискованное и трудоемкое. Если вы сейчас выбираете простое решение (например, Flannel), но через год планируете более строгие требования безопасности, сразу берите более продвинутый CNI (Calico или Cilium), пусть и с базовыми настройками. Это избавит вас от головной боли в будущем.
Безопасность при выборе сетевого решения
Безопасность — сквозная тема, но выделю ее отдельно. При сравнении сетевых решений обращайте внимание на следующие аспекты безопасности:
- Сетевая изоляция (NetworkPolicy). Проверяйте, поддерживает ли выбранный вами плагин сетевые политики и насколько гибко. Flannel здесь не поможет, зато Calico и Cilium предлагают расширенные возможности: тонкие настройки, двунаправленные политики и даже правила для всего кластера сразу. Если ваш подход — Zero Trust («никому не доверяй»), выбирайте именно Calico или Cilium, так как они дают максимальный контроль над потоками данных.
- Шифрование трафика. По умолчанию сеть Kubernetes не шифруется. Если есть риск перехвата данных (особенно в мультиоблачных средах), выбирайте решение со встроенным шифрованием. Weave шифрует трафик «из коробки», Calico недавно добавил поддержку WireGuard, а Cilium позволяет шифровать трафик между подами через IPsec или WireGuard. Istio решает задачу иначе: он обеспечивает шифрование на уровне каждого конкретного вызова между сервисами (mTLS).
Важно помнить, что шифрование обычно снижает производительность на 5–10%. Часто в серьезных проектах используют оба варианта одновременно: шифруют трафик между узлами на уровне сети (L3) и дополнительно защищают данные на уровне сервисов (L7). Но не переборщите, оценивайте необходимость по вашим внутренним политикам.
- Аудит и мониторинг сетевой активности. Безопасность — это не только защита, но и возможность оперативно заметить угрозы. Уточните, какие инструменты наблюдаемости предлагает решение. Например, Cilium (Hubble) дает подробные логи потоков, показывая подозрительные соединения и аномальную активность. Istio — настоящая фабрика метрик и телеметрии: по ней легко определить, если сервис начал делать неожиданные запросы. У Calico тоже есть свои возможности в Enterprise-версии (IDS/IPS).
Если же вам нужны привычные корпоративные средства защиты (типа Cisco ACI или VMware NSX-T), имейте в виду, что они интегрируются с Kubernetes, но гораздо сложнее в настройке и обслуживании.
- Регулярность обновлений. Важный косвенный признак защищенности — как быстро и регулярно выходит обновление безопасности. Calico и Cilium обновляются часто, Weave Net — чуть реже, но тоже стабильно. Istio имеет четкий релизный цикл. Обязательно продумайте, как вы будете обновлять плагины в кластере. Например, обновления Envoy (Istio) или WireGuard (Calico) иногда требуют срочной реакции. Именно поэтому убедитесь, что ваше решение поддерживает плавные (rolling) обновления, не прерывающие работу всей сети сразу.
Заключение
При выборе сетевого решения Kubernetes стоит ориентироваться на реальность ваших задач и планы по росту. Вот ключевые советы:
✓ Начинайте от простого. Для небольших проектов или тестовых сред подойдут Flannel или Weave. Если сразу нужна производительность и безопасность — смотрите в сторону Calico или Cilium.
✓ Не игнорируйте безопасность. Даже минимальная сегментация (NetworkPolicy) защитит от больших проблем в будущем. Если требования строже — сразу включайте шифрование (Calico, Cilium, Weave) или используйте Istio для дополнительной защиты на уровне сервисов.
✓ Функции важнее скорости. Производительность популярных решений близка, поэтому лучше выбирайте решение по необходимым возможностям: интеграция с сетью (Calico), продвинутый мониторинг и L7-политики (Cilium), простота мультиоблака (Weave), управление сервисами (Istio). Иногда оптимальна их комбинация.
✓ Проверьте на практике. Перед финальным выбором разверните тестовый кластер, протестируйте сети, метрики, мониторинг и удобство обслуживания.
Идеального решения на все случаи нет. Только грамотный подход к выбору сети избавит вас от многих проблем и обеспечит стабильную работу приложений в будущем.
