클러스터 네트워킹 구성 정리

클러스터 네트워킹 기본 개념

• 쿠버네티스는 파드마다 고유한 IP를 할당하여, 파드 간 직접 통신이 가능하도록 설계되었다.
• 파드는 하나 이상의 컨테이너로 구성되며, 같은 파드 내 컨테이너들은 동일한 네트워크 네임스페이스(IP, 포트)를 공유한다.
• 파드의 네트워크 인프라는 pause 컨테이너(파드 내 네트워크 네임스페이스를 유지하는 인프라 컨테이너)가 담당하며, 사용자 컨테이너는 pause 컨테이너의 네트워크 네임스페이스를 공유한다.
• 여러 노드로 구성된 클러스터에서 각 노드에 배포된 파드들은 IP를 통해 서로 통신한다.
• 파드는 하나 이상의 컨테이너로 구성되며, 같은 파드 내 컨테이너들은 동일한 네트워크 네임스페이스(IP, 포트)를 공유한다.

 

클러스터 네트워킹 구조 

• 각 노드에는 여러 파드와 kube-proxy가 존재한다.
• 서비스(Service)는 파드들의 엔드포인트를 추상화하여, 클러스터 내외부에서 접근할 수 있는 고정 IP를 제공한다.
• 외부 클라이언트는 NodePort/LoadBalancer를 통해 진입하며, kube-proxy가 트래픽을 올바른 파드로 전달한다.
• 파드 간에는 직접 IP로 통신이 가능하다.

 

도커와 쿠버네티스 네트워킹 구조 비교

도커 네트워킹

• 브리지(Bridge): 호스트에 브리지를 만들고, 컨테이너와 호스트를 veth(가상 이더넷)로 연결.
• 오버레이(Overlay): 여러 호스트의 컨테이너 네트워크를 오버레이 네트워크로 연결.
• 맥브이랜(Macvlan): 하나의 이더넷 장치에 여러 MAC/IP를 할당, 가상 스위치 없이 빠른 네트워킹.
• 호스트(Host): 컨테이너가 호스트의 네트워크 네임스페이스를 직접 사용.
• 링크(Link): 기존 네트워크 네임스페이스에 컨테이너를 연결(쿠버네티스 파드 네트워크의 기본).

 

쿠버네티스 네트워킹

• 파드 단위로 네트워크를 관리하며, 파드 내 모든 컨테이너는 동일한 IP를 사용.
• 파드의 네트워크 인프라는 pause 컨테이너가 담당하며, 사용자 컨테이너는 pause 컨테이너의 네트워크 네임스페이스를 공유.
• 파드 간 통신은 IP 기반으로 이루어지며, 파드가 재시작되어도 IP가 유지됨(동일 파드 내 pause 컨테이너가 유지되는 한).

 

쿠버네티스 네트워킹 구성 요소

CNI(Container Network Interface)

• CNI(Container Network Interface)는 쿠버네티스에서 네트워크 플러그인 표준을 의미한다.
• 쿠버네티스는 CNI 플러그인을 통해 다양한 네트워크 기능(브리지, 라우팅, NAT 등)을 지원.
• CNI는 네트워크 표준이자 플러그인 시스템으로, 다양한 네트워크 구현체(Calico, Flannel 등)와 연동 가능.

 

파드와 서비스의 IP 관리

• 파드와 서비스는 서로 다른 CIDR 대역을 사용.
  • 파드용 CIDR: --cluster-cidr 옵션으로 설정
  • 서비스용 CIDR: --service-cluster-ip-range 옵션으로 설정
• 파드와 서비스 각각 고유한 IP를 갖고, 서비스는 파드의 엔드포인트를 추상화하여 접근을 단순화.

 

kube-proxy와 NAT

• kube-proxy는 각 노드에서 실행되며, 서비스와 파드 간 트래픽 라우팅 및 NAT 규칙을 관리.
• NodePort 타입 서비스는 외부에서 클러스터로 접근할 수 있도록 노드의 포트를 개방하고, 내부 파드로 트래픽을 전달.

 

주요 네트워킹 동작 원리

• 파드 내 컨테이너들은 네트워크 네임스페이스만 공유(프로세스, 파일 시스템 등은 별도).
• 파드 간 통신은 클러스터 내 어디서든 IP 기반으로 직접 가능.
• 서비스는 파드의 IP 변화와 무관하게 안정적인 접근 포인트를 제공.
• NodePort 서비스는 클러스터 외부에서 접근 시, kube-proxy가 NAT를 통해 올바른 파드로 트래픽을 전달.

 

참고 자료

• 쿠버네티스 공식 문서 - 클러스터 네트워킹
• 쿠버네티스 공식 문서 - CNI
• 쿠버네티스 공식 문서 - 서비스