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Da die Containerisierung zu einer zentralen Komponente der modernen Anwendungsentwicklung wird, ist eine effiziente IP-Adressverwaltung (IPAM) in Umgebungen wie Docker und Kubernetes von entscheidender Bedeutung. Container benötigen eindeutige IP-Adressen, um miteinander und mit externen Systemen zu kommunizieren. Wenn Sie wissen, wie diese IP-Adressen effektiv verwaltet werden, ist sichergestellt, dass Anwendungen skalierbar und sicher bleiben und in dynamischen Umgebungen optimal funktionieren.
In herkömmlichen Netzwerken beinhaltet die Verwaltung von IP-Adressen die Zuweisung von statischen oder dynamischen IPs an physische Geräte. In containerisierten Umgebungen, in denen Instanzen kurzlebig sind, ist die Notwendigkeit einer automatisierten, dynamischen IP-Zuweisung unabdingbar. Eine effektive IP-Adressverwaltung in Docker und Kubernetes stellt dies sicher:
Container haben im Gegensatz zu herkömmlichen virtuellen Maschinen einzigartige Netzwerkanforderungen, die eine gut strukturierte IPAM-Strategie erfordern.
Docker bietet mehrere Netzwerkoptionen, die jeweils unterschiedliche Möglichkeiten zur Verwaltung und Zuweisung von IP-Adressen an Container bieten.
Docker bietet vier primäre Netzwerkmodelle:
Das Standardnetzwerk für Docker-Container auf einem einzelnen Host. Die Container erhalten eine IP-Adresse aus dem für das Bridge-Netzwerk definierten Subnetz, was die Kommunikation mit anderen Containern auf derselben Bridge ermöglicht.
Umgeht die Netzwerkisolierung und verwendet den Netzwerk-Stack des Host-Rechners. Container teilen sich die gleiche IP-Adresse wie der Host.
Wird in Docker Swarm-Umgebungen verwendet. Dies ermöglicht Containern, die auf verschiedenen Docker-Hosts laufen, miteinander zu kommunizieren, indem sie IP-Adressen aus einem Overlay-Netzwerk erhalten.
Ermöglicht es Containern, ihre eigene eindeutige IP-Adresse aus dem Subnetz des Hosts zu erhalten. Der Container erscheint als physisches Gerät im Netzwerk.
Standardmäßig weist Docker den Containern IP-Adressen aus einem internen Subnetz zu, wenn das Bridge-Netzwerk verwendet wird. Das Bridge-Netzwerk verwendet IPAM (IP Address Management), um IP-Adressen automatisch zuzuweisen.
Zum Beispiel, wenn Sie ein Docker-Bridge-Netzwerk erstellen:
docker network create –subnet=192.168.0.0/16 my_custom_network
Docker weist jedem mit diesem Netzwerk verbundenen Container IP-Adressen aus dem Subnetz 192.168.0.0/16 zu. Die Zuweisung von IP-Adressen in Docker wird von IPAM-Treibern gehandhabt, die den IP-Bereich und die Art der Adressenzuweisung festlegen.
Docker verwendet die folgenden Methoden zur Verwaltung von IP-Adressen:
Statische IP-Zuweisung
Sie können einem Container bei Bedarf manuell eine IP-Adresse zuweisen. Dies ist nützlich für Container, die eine feste IP-Adresse benötigen, um mit Legacy-Systemen zu interagieren.
docker run –net my_custom_network –ip 192.168.1.5 nginx
Dynamische IP-Zuweisung
Standardmäßig weist Docker IP-Adressen dynamisch aus dem IP-Pool des Netzwerks zu, so dass keine Konflikte auftreten.
Wenn Sie Docker Compose verwenden, können Sie in der Datei docker-compose.yml benutzerdefinierte IP-Adressbereiche und Subnetzmasken definieren.
Version: ‚3‘
Dienstleistungen:
Web:
Bild: nginx
Netzwerke:
mein_netz:
ipv4_Adresse: 192.168.1.10
Netzwerke:
mein_netz:
ipam:
Konfiguration:
– Teilnetz: 192.168.1.0/24
Mit dieser Einrichtung erhält der nginx-Container eine statische IP-Adresse innerhalb des benutzerdefinierten Netzwerks.
Wie Docker verwendet auch Kubernetes IPAM, um IP-Adressen für Pods, Dienste und Knoten zu verwalten. Kubernetes-Netzwerke sind jedoch komplexer, da die Netzwerke auf mehreren Ebenen verwaltet werden müssen, einschließlich Pods, Diensten und clusterweiter Kommunikation.
Kubernetes abstrahiert die meisten Netzwerkkomplexitäten und stellt sicher, dass:
Kubernetes hat zwei Hauptkomponenten von IPAM:
Jeder Pod in Kubernetes erhält seine eigene eindeutige IP-Adresse. Diese IP-Adressen werden in der Regel von dem verwendeten Container Network Interface (CNI)-Plugin zugewiesen.
Kubernetes-Dienste erhalten eine virtuelle IP (ClusterIP), die für den Lastausgleich des Datenverkehrs zu Pods verwendet wird.
Kubernetes kümmert sich nicht selbst um die Vernetzung, sondern delegiert diese Aufgabe an CNI-Plugins. Diese Plugins sind für die Zuweisung von IP-Adressen an Pods und die Verwaltung von Netzwerkrouten zuständig.
Beliebte CNI-Plugins sind:
Bietet IP-Adressverwaltung, Durchsetzung von Netzwerkrichtlinien und Routing.
Weist den Pods IP-Adressen zu und verwaltet die Kommunikation zwischen den Pods.
Ermöglicht die automatische Zuweisung von IP-Adressen für Kubernetes-Pods und übernimmt die Vernetzung zwischen den Knoten.
Kubernetes verwendet ein Netzwerk-CIDR (Classless Inter-Domain Routing), um Pod-IP-Adressen zuzuweisen. Wenn Sie einen Kubernetes-Cluster einrichten, können Sie den Pod-CIDR-Bereich definieren:
kubeadm init –pod-network-cidr=192.168.0.0/16
Jeder Pod erhält eine IP-Adresse aus diesem CIDR-Bereich, und CNI-Plugins verwalten die Zuweisung.
Kubernetes ermöglicht es, Diensten statische IPs zuzuweisen. Von der Zuweisung statischer IPs an Pods wird jedoch abgeraten, da Pods kurzlebig sind. Stattdessen bieten Dienste eine stabile Möglichkeit, auf Pods zuzugreifen, auch wenn sich die Pod-IPs ändern.
In bestimmten Fällen kann es jedoch erforderlich sein, einem Dienst eine statische IP zuzuweisen:
apiVersion: v1
Art: Dienstleistung
Metadaten:
Name: Mein Dienst
spez:
Typ: ClusterIP
clusterIP: 10.96.0.100
Häfen:
– Protokoll: TCP
Hafen: 80
targetPort: 80
Selektor:
app: my-app
In diesem Beispiel erhält der Dienst eine statische IP innerhalb des IP-Bereichs des Clusters (10.96.0.100).
Merkmal | Docker | Kubernetes |
Standard-IP-Zuweisung | Automatisch über ein Brückennetz oder ein Overlay-Netz | Automatisch über CNI-Plugins |
Statische IP-Zuweisung | Für einzelne Behälter möglich | Entmutigt für Hülsen, verwendet für Dienstleistungen |
Umfang der Vernetzung | Typischerweise innerhalb eines einzelnen Hosts oder Schwarms | Clusterweit, über mehrere Knoten hinweg |
IPAM-Verwaltung | Von Docker verwaltet (mit benutzerdefinierten IPAM-Treibern) | Wird von CNI-Plugins verwaltet |
Kommunikationsmodell | Erfordert eine explizite Netzwerkeinrichtung für die Host-übergreifende Kommunikation | Pod-zu-Pod-Kommunikation ohne NAT |
In Docker verwenden Sie Overlay-Netzwerke, um sicherzustellen, dass Container auf verschiedenen Hosts nahtlos miteinander kommunizieren können.
Verwenden Sie in Kubernetes CNI-Plugins wie Calico oder Flannel, um die Pod-zu-Pod-Kommunikation und das IP-Management zu vereinfachen.
Kubernetes-Pods sind so konzipiert, dass sie kurzlebig sind. Anstatt den Pods statische IPs zuzuweisen, sollten Sie Kubernetes-Dienste verwenden, um einen stabilen Zugriff zu ermöglichen.
Behalten Sie Ihren IP-Adresspool im Auge, um eine Erschöpfung zu vermeiden. Dies ist besonders wichtig in großen Umgebungen, in denen Hunderte von Containern oder Pods betrieben werden.
Die Verwaltung von IP-Adressen in containerisierten Umgebungen wie Docker und Kubernetes erfordert ein klares Verständnis dafür, wie das Netzwerk in diesen Systemen abstrahiert und gesteuert wird. Docker bietet durch seine Netzwerkoptionen Flexibilität bei statischen und dynamischen IP-Zuweisungen, während Kubernetes CNI-Plugins nutzt, um IPAM automatisch zu handhaben. Das Verständnis dieser Mechanismen ermöglicht es Netzwerkadministratoren, die Containerkommunikation zu optimieren, die Sicherheit zu verbessern und IP-Konflikte sowohl in Docker- als auch in Kubernetes-Umgebungen zu vermeiden.
Alexander Timokhin
CCO
Alexander Timokhin
CCO