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# 06-安装cilium网络组件
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`cilium` 是一个革新的网络与安全组件；基于 linux 内核新技术--`BPF`，它可以透明、零侵入地实现服务间安全策略与可视化，主要优势如下：
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- 支持L3/L4, L7(如：HTTP/gRPC/Kafka)的安全策略
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- 支持基于安全ID而不是地址+端口的传统防火墙策略
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- 支持基于Overlay或Native Routing的扁平多节点pod网络
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- Overlay VXLAN 方式类似于 flannel 的VXLAN后端
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- 高性能负载均衡，支持DSR
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- 支持事件、策略跟踪和监控集成
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## 开始使用 cilium
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以下为简要翻译 `cilium doc`上的一个应用示例[原文](http://docs.cilium.io/en/stable/gettingstarted/minikube/#step-2-deploy-the-demo-application)，部署在单节点k8s 环境的实践。
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### 0.升级内核并重启
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- Linux kernel >= 4.9.17，请阅读文档[升级内核](guide/kernel_upgrade.md)
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- etcd >= 3.1.0 or consul >= 0.6.4
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### 1.选择cilium网络后安装k8s(allinone)
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- 参考[快速指南](quickStart.md)，设置 ansible hosts 文件中变量 `CLUSTER_NETWORK="cilium"`
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### 2.部署示例应用
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官方文档用几个`pod/svc` 抽象一个有趣的应用场景（星战迷）：星战中帝国方建造了被称为“终极武器”的“死星”，它是一个卫星大小的战斗空间站，它的核心是使用凯伯晶体（Kyber Crystal）的超级激光炮，剧中它的首秀就以完全火力摧毁了“杰达圣城”（Jedha）。下面将用运行于 k8s上的 pod/svc/cilium 等模拟“死星“的一个“飞船登陆”系统安全策略设计。
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- deploy/deathstar：作为控制整个“死星”的飞船登陆管理系统，它暴露一个SVC，提供HTTP REST 接口给飞船请求登陆使用；
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- pod/tiefighter：作为“帝国”方的常规战斗飞船，它会调用上述 HTTP 接口，请求登陆“死星”；
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- pod/xwing：作为“盟军”方的飞行舰，它也尝试调用 HTTP 接口，请求登陆“死星”；
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根据文件[http-sw-app.yaml](..//roles/cilium/files/star_war_example/http-sw-app.yaml) 创建 `$ kubectl create -f http-sw-app.yaml` 后，验证如下：
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``` bash
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$ kubectl get pods,svc
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NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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pod/deathstar-5fc7c7795d-djf2q 1/1 Running 0 4h
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pod/deathstar-5fc7c7795d-hrgst 1/1 Running 0 4h
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pod/tiefighter 1/1 Running 0 4h
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pod/xwing 1/1 Running 0 4h
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NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
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service/deathstar ClusterIP 10.68.242.130 <none> 80/TCP 4h
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service/kubernetes ClusterIP 10.68.0.1 <none> 443/TCP 5h
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```
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每个 POD 在 `cilium` 中都表示为 `Endpoint`，初始每个 `Endpoint` 的”进出安全策略“状态均为 `Disabled`，如下：(已省略部分无关 POD 信息)
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``` bash
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$ kubectl exec -n kube-system cilium-6t5vx -- cilium endpoint list
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ENDPOINT POLICY (ingress) POLICY (egress) IDENTITY LABELS (source:key[=value]) IPv6 IPv4 STATUS
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ENFORCEMENT ENFORCEMENT
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643 Disabled Disabled 31371 k8s:class=deathstar f00d::ac14:0:0:283 172.20.0.246 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=empire
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1011 Disabled Disabled 31371 k8s:class=deathstar f00d::ac14:0:0:3f3 172.20.0.63 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=empire
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32030 Disabled Disabled 5350 k8s:class=tiefighter f00d::ac14:0:0:7d1e 172.20.0.201 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=empire
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45943 Disabled Disabled 14309 k8s:class=xwing f00d::ac14:0:0:b377 172.20.0.189 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=alliance
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52035 Disabled Disabled 4 reserved:health f00d::ac14:0:0:cb43 172.20.0.92 ready
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```
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### 3.检查初始状态
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当然“死星”应该只允许“帝国”的飞船着陆，因为没有应用任何策略，所以初始状态下“帝国”和“联盟”的飞船都可以登陆，如下测试：
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``` bash
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$ kubectl exec xwing -- curl -s -XPOST deathstar.default.svc.cluster.local/v1/request-landing
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Ship landed # 成功着陆
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$ kubectl exec tiefighter -- curl -s -XPOST deathstar.default.svc.cluster.local/v1/request-landing
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Ship landed # 成功着陆
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```
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### 4.应用 L3/L4 策略
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现在我们应用策略，仅让带有标签 `org=empire`的飞船登陆“死星”；那么带有标签 `org=alliance`的“联盟”飞船将禁止登陆；这个就是我们熟悉的传统L3/L4 防火墙策略，并跟踪连接（会话）状态；
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根据文件[sw_l3_l4_policy.yaml](..//roles/cilium/files/star_war_example/sw_l3_l4_policy.yaml) 创建 `$ kubectl apply -f sw_l3_l4_policy.yaml` 后，验证如下：
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``` bash
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$ kubectl exec tiefighter -- curl -s -XPOST deathstar.default.svc.cluster.local/v1/request-landing
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Ship landed # 成功着陆
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$ kubectl exec xwing -- curl -s -XPOST deathstar.default.svc.cluster.local/v1/request-landing
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# 失败超时
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```
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### 5.查看安全策略
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再次执行 `cilium endpoint list`，可以看到标签带`deathstar`的 POD 已经应用了 `Ingress`方向的策略：
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``` bash
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# kubectl exec -n kube-system cilium-6t5vx -- cilium endpoint list
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ENDPOINT POLICY (ingress) POLICY (egress) IDENTITY LABELS (source:key[=value]) IPv6 IPv4 STATUS
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ENFORCEMENT ENFORCEMENT
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643 Enabled Disabled 31371 k8s:class=deathstar f00d::ac14:0:0:283 172.20.0.246 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=empire
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1011 Enabled Disabled 31371 k8s:class=deathstar f00d::ac14:0:0:3f3 172.20.0.63 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=empire
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32030 Disabled Disabled 5350 k8s:class=tiefighter f00d::ac14:0:0:7d1e 172.20.0.201 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=empire
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45943 Disabled Disabled 14309 k8s:class=xwing f00d::ac14:0:0:b377 172.20.0.189 ready
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k8s:io.cilium.k8s.policy.serviceaccount=default
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k8s:io.kubernetes.pod.namespace=default
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k8s:org=alliance
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52035 Disabled Disabled 4 reserved:health f00d::ac14:0:0:cb43 172.20.0.92 ready
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```
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查看具体策略内容 `kubectl describe cnp rule1`
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### 6. L7 安全策略
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上述的策略可以进行简单的安全防护了，但是“死星”的这个系统还有很多复杂的功能；比如它还提供了一个内部维护接口，如果被不合理调用将带来严重灾难性后果，也许“联盟”勇士劫持了一架“帝国”飞船正在进行这个任务（虽然我们内心希望他能够成功摧毁“死星”）。不幸的是“死星”系统设计者考虑到这个风险，它有办法严格限制每架飞船能够请求的权限。
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没有限制飞船请求权限时，如下运行：
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``` bash
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$ kubectl exec tiefighter -- curl -s -XPUT deathstar.default.svc.cluster.local/v1/exhaust-port
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Panic: deathstar exploded
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goroutine 1 [running]:
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main.HandleGarbage(0x2080c3f50, 0x2, 0x4, 0x425c0, 0x5, 0xa)
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/code/src/github.com/empire/deathstar/
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temp/main.go:9 +0x64
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main.main()
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/code/src/github.com/empire/deathstar/
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temp/main.go:5 +0x85
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```
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限制L7 的安全策略，根据文件[sw_l3_l4_l7_policy.yaml](..//roles/cilium/files/star_war_example/sw_l3_l4_l7_policy.yaml) 创建 `$ kubectl apply -f sw_l3_l4_policy.yaml` 后，验证如下：
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``` bash
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$ kubectl exec tiefighter -- curl -s -XPOST deathstar.default.svc.cluster.local/v1/request-landing
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Ship landed
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$ kubectl exec tiefighter -- curl -s -XPUT deathstar.default.svc.cluster.local/v1/exhaust-port
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Access denied
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```
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我们同样可以使用 `kubectl desribe cnp`检查更新的策略，或者使用 `cilium` 命令行：
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``` bash
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$ kubectl exec -n kube-system cilium-6t5vx -- cilium policy get
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[
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{
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"endpointSelector": {
|
||
"matchLabels": {
|
||
"any:class": "deathstar",
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||
"any:org": "empire",
|
||
"k8s:io.kubernetes.pod.namespace": "default"
|
||
}
|
||
},
|
||
"ingress": [
|
||
{
|
||
"fromEndpoints": [
|
||
{
|
||
"matchLabels": {
|
||
"any:org": "empire",
|
||
"k8s:io.kubernetes.pod.namespace": "default"
|
||
}
|
||
}
|
||
],
|
||
"toPorts": [
|
||
{
|
||
"ports": [
|
||
{
|
||
"port": "80",
|
||
"protocol": "TCP"
|
||
}
|
||
],
|
||
"rules": {
|
||
"http": [
|
||
{
|
||
"path": "/v1/request-landing",
|
||
"method": "POST"
|
||
}
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||
]
|
||
}
|
||
}
|
||
]
|
||
}
|
||
],
|
||
"labels": [
|
||
{
|
||
"key": "io.cilium.k8s.policy.name",
|
||
"value": "rule1",
|
||
"source": "k8s"
|
||
},
|
||
{
|
||
"key": "io.cilium.k8s.policy.namespace",
|
||
"value": "default",
|
||
"source": "k8s"
|
||
}
|
||
]
|
||
}
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]
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Revision: 267
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```
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我们看到 `cilium` 可以实现 `7层 HTTP `协议的请求方法（GET/PUT/POST等）、路径（/v1/request-landing）等等安全策略；另外，它还可以防护其他应用（如：Kafka, gRPC, Elasticsearch），可以去官网文档示例学习！
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## 参考资料
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- [cilium github](https://github.com/cilium/cilium)
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- [cilium doc](http://docs.cilium.io)
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