Políticas de rede

Se você deseja controlar o fluxo do tráfego de rede no nível do endereço IP ou de portas TCP e UDP (camadas OSI 3 e 4) então você deve considerar usar Políticas de rede (NetworkPolicies) do Kubernetes para aplicações no seu cluster. NetworkPolicy é um objeto focado em aplicações/experiência do desenvolvedor que permite especificar como é permitido a um pod comunicar-se com várias "entidades" de rede.

As entidades que um Pod pode se comunicar são identificadas através de uma combinação dos 3 identificadores à seguir:

1. Outros pods que são permitidos (exceção: um pod não pode bloquear a si próprio)
2. Namespaces que são permitidos
3. Blocos de IP (exceção: o tráfego de e para o nó que um Pod está executando sempre é permitido, independentemente do endereço IP do Pod ou do Nó)

Quando definimos uma política de rede baseada em pod ou namespace, utiliza-se um selector para especificar qual tráfego é permitido de e para o(s) Pod(s) que correspondem ao seletor.

Quando uma política de redes baseada em IP é criada, nós definimos a política baseada em blocos de IP (faixas CIDR).

Pré requisitos

As políticas de rede são implementadas pelo plugin de redes. Para usar uma política de redes, você deve usar uma solução de redes que suporte o objeto NetworkPolicy. A criação de um objeto NetworkPolicy sem um controlador que implemente essas regras não tem efeito.

Pods isolados e não isolados

Por padrão, pods não são isolados; eles aceitam tráfego de qualquer origem.

Os pods tornam-se isolados ao existir uma NetworkPolicy que selecione eles. Uma vez que exista qualquer NetworkPolicy no namespace selecionando um pod em específico, aquele pod irá rejeitar qualquer conexão não permitida por qualquer NetworkPolicy. (Outros pod no mesmo namespace que não são selecionados por nenhuma outra NetworkPolicy irão continuar aceitando todo tráfego de rede.)

As políticas de rede não conflitam; elas são aditivas. Se qualquer política selecionar um pod, o pod torna-se restrito ao que é permitido pela união das regras de entrada/saída de tráfego definidas nas políticas. Assim, a ordem de avaliação não afeta o resultado da política.

Para o fluxo de rede entre dois pods ser permitido, tanto a política de saída no pod de origem e a política de entrada no pod de destino devem permitir o tráfego. Se a política de saída na origem, ou a política de entrada no destino negar o tráfego, o tráfego será bloqueado.

O recurso NetworkPolicy

Veja a referência NetworkPolicy para uma definição completa do recurso.

Uma NetworkPolicy de exemplo é similar ao abaixo:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: db
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 172.17.0.0/16
        except:
        - 172.17.1.0/24
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          project: myproject
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: frontend
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 6379
  egress:
  - to:
    - ipBlock:
        cidr: 10.0.0.0/24
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 5978

Nota: Criar esse objeto no seu cluster não terá efeito a não ser que você escolha uma solução de redes que suporte políticas de rede.

Campos obrigatórios: Assim como todas as outras configurações do Kubernetes, uma NetworkPolicy necessita dos campos apiVersion, kind e metadata. Para maiores informações sobre trabalhar com arquivos de configuração, veja Configurando containeres usando ConfigMap, e Gerenciamento de objetos.

spec: A spec contém todas as informações necessárias para definir uma política de redes em um namespace.

podSelector: Cada NetworkPolicy inclui um podSelector que seleciona o grupo de pods que a política se aplica. A política acima seleciona os pods com a label "role=db". Um podSelector vazio seleciona todos os pods no namespace.

policyTypes: Cada NetworkPolicy inclui uma lista de policyTypes que pode incluir Ingress, Egress ou ambos. O campo policyTypes indica se a política se aplica ao tráfego de entrada com destino aos pods selecionados, o tráfego de saída com origem dos pods selecionados ou ambos. Se nenhum policyType for definido então por padrão o tipo Ingress será sempre utilizado, e o tipo Egress será configurado apenas se o objeto contiver alguma regra de saída. (campo egress a seguir).

ingress: Cada NetworkPolicy pode incluir uma lista de regras de entrada permitidas através do campo ingress. Cada regra permite o tráfego que corresponde simultaneamente às sessões from (de) e ports (portas). A política de exemplo acima contém uma regra simples, que corresponde ao tráfego em uma única porta, de uma das três origens definidas, sendo a primeira definida via ipBlock, a segunda via namespaceSelector e a terceira via podSelector.

egress: Cada política pode incluir uma lista de regras de regras de saída permitidas através do campo egress. Cada regra permite o tráfego que corresponde simultaneamente às sessões to (para) e ports (portas). A política de exemplo acima contém uma regra simples, que corresponde ao tráfego destinado a uma porta em qualquer destino pertencente à faixa de IPs em 10.0.0.0/24.

Então a NetworkPolicy acima:

1. Isola os pods no namespace "default" com a label "role=db" para ambos os tráfegos de entrada e saída (se eles ainda não estavam isolados)

2. (Regras de entrada/ingress) permite conexões para todos os pods no namespace "default" com a label "role=db" na porta TCP 6379 de:

   • qualquer pod no namespace "default" com a label "role=frontend"
   • qualquer pod em um namespace que tenha a label "project=myproject" (aqui cabe ressaltar que o namespace que deve ter a label e não os pods dentro desse namespace)
   • IPs dentro das faixas 172.17.0.0–172.17.0.255 e 172.17.2.0–172.17.255.255 (ex.:, toda 172.17.0.0/16 exceto 172.17.1.0/24)

3. (Regras de saída/egress) permite conexões de qualquer pod no namespace "default" com a label "role=db" para a faixa de destino 10.0.0.0/24 na porta TCP 5978.

Veja o tutorial Declarando uma política de redes para mais exemplos.

Comportamento dos seletores to e from

Existem quatro tipos de seletores que podem ser especificados nas sessões ingress.from ou egress.to:

podSelector: Seleciona Pods no mesmo namespace que a política de rede foi criada, e que deve ser permitido origens no tráfego de entrada ou destinos no tráfego de saída.

namespaceSelector: Seleciona namespaces para o qual todos os Pods devem ser permitidos como origens no caso de tráfego de entrada ou destino no tráfego de saída.

namespaceSelector e podSelector: Uma entrada to/from única que permite especificar ambos namespaceSelector e podSelector e seleciona um conjunto de Pods dentro de um namespace. Seja cuidadoso em utilizar a sintaxe YAML correta; essa política:

  ...
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          user: alice
      podSelector:
        matchLabels:
          role: client
  ...

contém um único elemento from permitindo conexões de Pods com a label role=client em namespaces com a label user=alice. Mas essa política:

  ...
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          user: alice
    - podSelector:
        matchLabels:
          role: client
  ...

contém dois elementos no conjunto from e permite conexões de Pods no namespace local com a label role=client, OU de qualquer outro Pod em qualquer outro namespace que tenha a label user=alice.

Quando estiver em dúvida, utilize o comando kubectl describe para verificar como o Kubernetes interpretou a política.

ipBlock: Isso seleciona um conjunto particular de faixas de IP a serem permitidos como origens no caso de entrada ou destinos no caso de saída. Devem ser considerados IPs externos ao cluster, uma vez que os IPs dos Pods são efêmeros e imprevisíveis.

Os mecanismos de entrada e saída do cluster geralmente requerem que os IPs de origem ou destino sejam reescritos. Em casos em que isso aconteça, não é definido se deve acontecer antes ou depois do processamento da NetworkPolicy que corresponde a esse tráfego, e o comportamento pode ser diferente para cada plugin de rede, provedor de nuvem, implementação de Service, etc.

No caso de tráfego de entrada, isso significa que em alguns casos você pode filtrar os pacotes de entrada baseado no IP de origem atual, enquanto que em outros casos o IP de origem que a NetworkPolicy atua pode ser o IP de um LoadBalancer ou do Nó em que o Pod está executando.

No caso de tráfego de saída, isso significa que conexões de Pods para Services que são reescritos para IPs externos ao cluster podem ou não estar sujeitos a políticas baseadas no campo ipBlock.

Políticas padrão

Por padrão, se nenhuma política existir no namespace, então todo o tráfego de entrada e saída é permitido de e para os pods nesse namespace. Os exemplos a seguir permitem a você mudar o comportamento padrão nesse namespace.

Bloqueio padrão de todo tráfego de entrada

Você pode criar uma política padrão de isolamento para um namespace criando um objeto NetworkPolicy que seleciona todos os pods mas não permite o tráfego de entrada para esses pods.

service/networking/network-policy-default-deny-ingress.yaml

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny-ingress
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress

Isso garante que mesmo pods que não são selecionados por nenhuma outra política de rede ainda serão isolados. Essa política não muda o comportamento padrão de isolamento de tráfego de saída nesse namespace.

Permitir por padrão todo tráfego de entrada

Se você deseja permitir todo o tráfego de todos os pods em um namespace (mesmo que políticas que sejam adicionadas faça com que alguns pods sejam tratados como "isolados"), você pode criar uma política que permite explicitamente todo o tráfego naquele namespace.

service/networking/network-policy-allow-all-ingress.yaml

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-all-ingress
spec:
  podSelector: {}
  ingress:
  - {}
  policyTypes:
  - Ingress

Bloqueio padrão de todo tráfego de saída

Você pode criar uma política de isolamento de saída padrão para um namespace criando uma política de redes que selecione todos os pods, mas não permita o tráfego de saída a partir de nenhum desses pods.

service/networking/network-policy-default-deny-egress.yaml

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny-egress
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Egress

Isso garante que mesmo pods que não são selecionados por outra política de rede não seja permitido tráfego de saída. Essa política não muda o comportamento padrão de tráfego de entrada.

Permitir por padrão todo tráfego de saída

Caso você queira permitir todo o tráfego de todos os pods em um namespace (mesmo que políticas sejam adicionadas e cause com que alguns pods sejam tratados como "isolados"), você pode criar uma política explicita que permite todo o tráfego de saída no namespace.

service/networking/network-policy-allow-all-egress.yaml

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-all-egress
spec:
  podSelector: {}
  egress:
  - {}
  policyTypes:
  - Egress

Bloqueio padrão de todo tráfego de entrada e saída

Você pode criar uma política padrão em um namespace que previne todo o tráfego de entrada E saída criando a política a seguir no namespace.

service/networking/network-policy-default-deny-all.yaml

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny-all
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes:
  - Ingress
  - Egress

Isso garante que mesmo pods que não são selecionados por nenhuma outra política de redes não possuam permissão de tráfego de entrada ou saída.

Selecionando uma faixa de portas

Ao escrever uma política de redes, você pode selecionar uma faixa de portas ao invés de uma porta única, utilizando-se do campo endPort conforme a seguir:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: multi-port-egress
  namespace: default
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      role: db
  policyTypes:
  - Egress
  egress:
  - to:
    - ipBlock:
        cidr: 10.0.0.0/24
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 32000
      endPort: 32768

A regra acima permite a qualquer Pod com a label "role=db" no namespace default de se comunicar com qualquer IP na faixa 10.0.0.0/24 através de protocolo TCP, desde que a porta de destino esteja na faixa entre 32000 e 32768.

As seguintes restrições aplicam-se ao se utilizar esse campo:

• Por ser uma funcionalidade "alpha", ela é desativada por padrão. Para habilitar o campo endPort no cluster, você (ou o seu administrador do cluster) deve habilitar o feature gate NetworkPolicyEndPort no kube-apiserver com a flag --feature-gates=NetworkPolicyEndPort=true,....
• O valor de endPort deve ser igual ou maior ao valor do campo port.
• O campo endPort só pode ser definido se o campo port também for definido.
• Ambos os campos port e endPort devem ser números.

Nota: Seu cluster deve utilizar um plugin CNI que suporte o campo endPort na especificação da política de redes.

Selecionando um Namespace pelo seu nome

A camada de gerenciamento do Kubernetes configura uma label imutável kubernetes.io/metadata.name em todos os namespaces, uma vez que o feature gate esteja habilitado por padrão. O valor dessa label é o nome do namespace.

Enquanto que um objeto NetworkPolicy não pode selecionar um namespace pelo seu nome através de um campo específico, você pode utilizar essa label padrão para selecionar um namespace pelo seu nome.

O que você não pode fazer com NetworkPolicies (ao menos por enquanto!)

Por enquanto no Kubernetes 1.25 as funcionalidades a seguir não existem mas você pode conseguir implementar de forma alternativa utilizando componentes do Sistema Operacional (como SELinux, OpenVSwitch, IPtables, etc) ou tecnologias da camada 7 OSI (Ingress controllers, implementações de service mesh) ou ainda admission controllers. No caso do assunto "segurança de redes no Kubernetes" ser novo para você, vale notar que as histórias de usuário a seguir ainda não podem ser implementadas:

• Forçar o tráfego interno do cluster passar por um gateway comum (pode ser implementado via service mesh ou outros proxies)
• Qualquer coisa relacionada a TLS/mTLS (use um service mesh ou ingress controller para isso)
• Políticas específicas a nível do nó kubernetes (você pode utilizar as notações de IP CIDR para isso, mas não pode selecionar nós Kubernetes por suas identidades)
• Selecionar Services pelo seu nome (você pode, contudo, selecionar pods e namespaces por seus labels o que torna-se uma solução de contorno viável).
• Criação ou gerenciamento
• Políticas padrão que são aplicadas a todos os namespaces e pods (existem alguns plugins externos do Kubernetes e projetos que podem fazer isso, e a comunidade está trabalhando nessa especificação).
• Ferramental de testes para validação de políticas de redes.
• Possibilidade de logar eventos de segurança de redes (conexões bloqueadas, aceitas). Existem plugins CNI que conseguem fazer isso à parte.
• Possibilidade de explicitamente negar políticas de rede (o modelo das NetworkPolicies são "negar por padrão e conforme a necessidade, deve-se adicionar regras que permitam o tráfego).
• Bloquear o tráfego que venha da interface de loopback/localhost ou que venham do nó em que o Pod se encontre.

Qual é o próximo

• Veja o tutorial Declarando políticas de redes para mais exemplos.
• Veja mais cenários comuns e exemplos de políticas de redes.