Day 11 - 网络综合实战

发表于

📘 Day 11：网络综合实战

🎯 今日目标

  • 在一个场景中综合使用 Service + Ingress + NetworkPolicy
  • 排查跨命名空间的网络故障
  • 构建生产级网络架构

🧠 理论精讲（10 分钟）

网络排错方法论

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1. 确认 Pod 是否 Running?
2. 确认 Pod 是否有 IP?
3. 确认 Service 是否有 Endpoint?
4. 确认 DNS 是否解析正常?
5. 确认 NetworkPolicy 是否阻止?
6. 从近到远逐层测试

常用网络调试命令

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# DNS 测试
nslookup <service-name>

# TCP 连通性测试
nc -zv <host> <port>

# HTTP 测试
wget -q -O- http://<host>:<port>

# 网络包抓取（需额外工具）
tcpdump -i any port <port>

🔧 动手实操（150 分钟）

练习 11.1：三层网络架构构建

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# 创建独立命名空间
kubectl create ns net-lab

# === 第 1 层：Ingress 入口层 ===
kubectl create deploy frontend -n net-lab --image=nginx:alpine --replicas=2
kubectl expose deploy frontend -n net-lab --port=80 --name=frontend-svc

# === 第 2 层：API 中间层 ===
kubectl create deploy api -n net-lab --image=httpd:alpine --replicas=3
kubectl expose deploy api -n net-lab --port=80 --name=api-svc

# === 第 3 层：数据层 ===
kubectl run db -n net-lab --image=redis:7-alpine --port=6379
kubectl expose pod db -n net-lab --port=6379 --name=db-svc

# === Ingress 规则 ===
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: net-lab-ingress
  namespace: net-lab
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: lab.example.com
    http:
      paths:
      - path: /api
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-svc
            port:
              number: 80
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: frontend-svc
            port:
              number: 80
EOF

# 验证：curl -H "Host: lab.example.com" <NodeIP>:30080/

练习 11.2：跨命名空间网络通信验证

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# 1. 从 net-lab 中的 Pod 访问其他命名空间的服务
kubectl run jumpbox -n net-lab --image=busybox:1.36 -- sleep 3600

# 测试 DNS 解析
kubectl exec jumpbox -n net-lab -- nslookup db-svc.net-lab.svc.cluster.local

# 测试 db
kubectl exec jumpbox -n net-lab -- nc -zv db-svc.net-lab 6379

# 2. 从 default 命名空间访问 net-lab
kubectl run cross-test --image=busybox:1.36 --rm -it --restart=Never -- \
  wget -q -O- http://api-svc.net-lab

练习 11.3：网络故障排查演练

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# 故障 1：Service selector 不匹配
# 创建一个选错标签的 Service
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: broken-svc
  namespace: net-lab
spec:
  selector:
    app: non-existent       # 故意选一个不存在的标签！
  ports:
  - port: 80
EOF

kubectl get endpoints broken-svc -n net-lab
# ENDPOINTS: <none>（问题就在这里！）

kubectl describe svc broken-svc -n net-lab

# 修复：修改 selector
kubectl patch svc broken-svc -n net-lab --type=merge -p '{"spec":{"selector":{"app":"api"}}}'
kubectl get endpoints broken-svc -n net-lab
# 现在有 Endpoint 了

# 故障 2：NetworkPolicy 阻断排查
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: isolate-db
  namespace: net-lab
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      run: db
  policyTypes:
  - Ingress
  # 空 Ingress = 拒绝所有
EOF

# 测试 db 连接
kubectl exec jumpbox -n net-lab -- nc -zv db-svc 6379 -w 5
# 超时！（被 NetworkPolicy 阻断）

# 排查
kubectl get networkpolicy -n net-lab
kubectl describe networkpolicy isolate-db -n net-lab

# 修复
kubectl delete networkpolicy isolate-db -n net-lab

# 故障 3：DNS 无法解析
# 检查 CoreDNS
kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=kube-dns
# 如果 Pod 不 Running → 检查日志

🏆 赛题模拟（40 分钟）

⚠️ 严格限时 40 分钟

题目：生产级三层网络架构

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【场景】搭建一个博客系统的网络层，包含前端、API、数据库三个层次。

【操作要求】

1. 创建命名空间 blog-system

2. 部署三层应用：
   a. 前端层：Deployment blog-frontend（nginx:alpine，2 副本）
      ClusterIP Service frontend-svc
   b. API 层：Deployment blog-api（httpd:alpine，3 副本）
      ClusterIP Service api-svc
   c. 数据库层：Pod blog-db（redis:7-alpine）
      ClusterIP Service db-svc

3. 配置 Ingress：
   - 对外暴露 30080，域名 blog.example.com
   - / → frontend-svc
   - /api → api-svc
   - 配置 rewrite-target: /

4. 配置 NetworkPolicy：
   a. 默认拒绝所有入站流量
   b. frontend-svc → api-svc:80
   c. api-svc → db-svc:6379
   d. Ingress Controller（ingress-nginx 命名空间）→ frontend-svc:80
   e. 所有 Pod → CoreDNS UDP 53

5. 验证：
   - 外部可访问 http://<NodeIP>:30080/ 和 /api
   - 前端能访问 API
   - API 能访问 DB
   - 前端**不能**直接访问 DB
   - DB **不能**访问外网

【评分标准】
- 三层应用正确部署（20 分）
- Ingress 路由正确（20 分）
- NetworkPolicy 隔离正确（40 分）
- 验证全面（20 分）

📋 命令速查

命令 功能 注解
kubectl get svc,endpoints,ingress,networkpolicy 网络资源一览 逗号分隔多资源类型，快速审计网络配置
kubectl run net-test --image=nicolaka/netshoot --rm -it -- /bin/bash 网络调试 Pod netshoot 包含 curl/wget/nslookup/dig/nc/iperf 等全套工具
kubectl exec <pod> -- curl -s -o /dev/null -w "%{http_code}" http://<svc>:<port> 测试 HTTP 状态码 仅输出 HTTP code，脚本化健康检查
kubectl exec <pod> -- dig +short <svc>.<ns>.svc.cluster.local DNS 解析（dig 方式） 比 nslookup 更详细，可分析 DNS 查询链
kubectl exec <pod> -- traceroute <target-ip> 追踪 Pod 网络路径 理解数据包从 Pod 到目标的跳数
kubectl exec <pod> -- iperf3 -c <target-ip> 网络带宽测试 性能基准，评估 CNI 插件吞吐
kubectl get pods -o=custom-columns=NAME:.metadata.name,IP:.status.podIP,NODE:.spec.nodeName 自定义列查看 Pod 信息 同时显示 Pod 名、IP、所在节点
kubectl label ns <ns> pod-security.kubernetes.io/enforce=restricted 设置命名空间 Pod 安全等级 综合实战中验证安全策略与网络策略协同
kubectl auth can-i create networkpolicies --as=system:serviceaccount:<ns>:<sa> 验证 SA 是否有创建 NetworkPolicy 权限 RBAC + NetworkPolicy 联合排错

📚 参考来源

来源 链接 / 说明
Kubernetes 官方：服务、负载均衡与网络 https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/
Kubernetes 官方：网络策略演练 https://kubernetes.io/docs/tasks/administer-cluster/declare-network-policy/
netshoot 网络调试镜像 https://github.com/nicolaka/netshoot
Calico 网络策略示例 https://docs.tigera.io/calico/latest/network-policy/get-started/
Kubernetes 网络模型 https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/#the-kubernetes-network-model