Bare Metal Kubernetes 네트워크 설계: Calico, Flannel, Cilium

Bare Metal Kubernetes의 이해

Bare Metal 환경에서 Kubernetes를 운영하는 것은 가상화된 클라우드 환경에서 Kubernetes를 운영하는 것과는 다른 여러 가지 도전 과제를 안고 있습니다. 기본적으로 Bare Metal 환경은 물리 서버에서 직접 Kubernetes 클러스터를 운영하는 것을 의미합니다. 이는 클라우드 제공자의 관리형 네트워크 기능을 사용할 수 없으므로 네트워크 구성 및 관리의 복잡성이 증가합니다. 따라서 Kubernetes 클러스터의 네트워크를 효율적으로 설계하는 것은 매우 중요합니다. 이 글에서는 Calico, Flannel, Cilium이라는 세 가지 오픈 소스 네트워크 플러그인을 중심으로 Bare Metal Kubernetes 네트워크 설계를 살펴보겠습니다.

Calico 네트워크

Calico는 Kubernetes를 위한 네트워크 솔루션 중 하나로, 특히 보안과 성능에 중점을 둔 네트워크 정책 기능을 제공합니다. Calico는 네트워크 패킷을 처리하기 위해 Linux 커널의 표준 네트워크 기능을 사용하며, 이는 다른 솔루션에 비해 최소한의 오버헤드를 발생시킵니다. Calico는 IP 기반의 네트워크 모델을 사용하며, IP-in-IP 터널링이나 BGP(Border Gateway Protocol)를 통해 네트워크 트래픽을 효율적으로 처리할 수 있습니다. 이러한 방식은 특히 대규모 클러스터 환경에서 네트워크 성능을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

Calico의 장점

Calico는 뛰어난 확장성과 성능을 제공하며, 네트워크 정책을 통해 세밀한 보안 제어를 할 수 있습니다. 또한, 네이티브 Linux 네트워크 스택을 사용하여 네트워크 패킷 처리 효율성을 극대화합니다. 이는 추가적인 네트워크 오버레이를 사용하지 않으므로, 네트워크 지연을 최소화할 수 있습니다. Calico는 BGP를 통해 외부 네트워크와의 경로를 설정할 수 있어 복잡한 네트워크 토폴로지에서도 유연하게 동작합니다.

Calico 설치 및 구성

Calico 설치는 비교적 간단하지만, 안정적인 운영을 위해서는 올바른 설정이 필요합니다. 설치는 Calico의 공식 문서에 따라 진행할 수 있으며, 초기 설정 단계에서 IP-in-IP 터널링이나 BGP 설정을 선택할 수 있습니다. 네트워크 정책을 사용하여 클러스터 내 트래픽 제어를 설정할 수 있으며, 이는 보안 요구 사항에 따라 조정 가능합니다. Calico의 네트워크 정책은 Kubernetes 네이티브 API를 통해 관리할 수 있어 관리의 용이성을 제공합니다.

Flannel 네트워크

Flannel은 Kubernetes 클러스터의 네트워크를 위한 간단하고 효율적인 오버레이 네트워크 솔루션입니다. 주로 Kubernetes의 기본 네트워크를 쉽게 설정하고자 할 때 사용됩니다. Flannel은 VXLAN이나 host-gw 모드를 사용하여 네트워크 오버레이를 구성하며, 각 노드에 고유한 서브넷을 할당하여 네트워크 트래픽을 캡슐화합니다. 이렇게 캡슐화된 트래픽은 물리 네트워크 상에서 전송되며, Kubernetes 클러스터 내의 모든 노드가 동일한 네트워크에 있는 것처럼 동작하게 합니다.

Flannel의 장점

Flannel은 설정이 매우 간단하며, Kubernetes 클러스터의 기본 네트워킹 요구 사항을 신속하게 충족할 수 있습니다. 또한, 다양한 백엔드 타입(VXLAN, host-gw, AWS VPC 등)을 지원하여 다양한 환경에 맞춤형 네트워크 구성을 제공합니다. Flannel은 Kubernetes와의 높은 호환성을 자랑하며, 클러스터 내에서의 네트워크 통신을 쉽게 설정할 수 있습니다.

Flannel 설치 및 구성

Flannel은 Kubernetes 클러스터에 쉽게 설치할 수 있으며, 주로 YAML 파일을 사용하여 배포됩니다. 설치 시, 네트워크 백엔드를 선택하여 클러스터 환경에 맞는 네트워크 구성을 할 수 있습니다. 기본적으로 VXLAN 모드를 많이 사용하며, 이는 네트워크 트래픽을 캡슐화하여 노드 간 통신을 가능하게 합니다. Flannel의 설정은 비교적 단순하지만, 대규모 클러스터에서는 성능 이슈가 발생할 수 있어 신중한 고려가 필요합니다.

Cilium 네트워크

Cilium은 eBPF(extended Berkeley Packet Filter) 기술을 활용하여 고성능 네트워크 및 보안 기능을 제공하는 Kubernetes 네트워크 솔루션입니다. eBPF는 Linux 커널에서 실행되는 프로그램을 작성하고 실행할 수 있는 강력한 기능을 제공하며, 이를 통해 Cilium은 네트워크 패킷의 실시간 모니터링, 로깅 및 정책 적용을 가능하게 합니다. Cilium은 특히 마이크로서비스 아키텍처에서의 네트워크 보안 및 가시성을 크게 향상시킵니다.

Cilium의 장점

Cilium은 eBPF를 활용하여 매우 정교한 네트워크 정책을 구현할 수 있으며, 네트워크 성능 저하 없이 실시간으로 트래픽을 모니터링할 수 있습니다. 이는 특히 대규모 클러스터 환경에서 유용하며, 미세한 네트워크 정책을 통해 보안을 강화할 수 있습니다. 또한, Cilium은 Kubernetes의 네이티브 네트워크 정책 외에도 L7 레벨의 정책을 지원하여 HTTP 트래픽에 대한 보다 세밀한 제어를 제공합니다.

Cilium 설치 및 구성

Cilium은 클러스터에 설치하기 위해 Helm 차트를 사용하거나 직접 YAML 파일을 적용할 수 있습니다. 설치 시 eBPF 기능을 활성화해야 하며, 이는 Linux 커널 버전에 따라 지원 여부가 결정됩니다. Cilium은 기본적으로 Kubernetes 네트워크 정책과 호환되며, 추가적인 L7 정책을 정의할 수 있는 기능을 제공합니다. 이러한 기능은 마이크로서비스 간의 통신을 보다 세밀하게 제어할 수 있도록 도와줍니다.

Calico vs Flannel vs Cilium

Calico, Flannel, Cilium은 각각의 특성과 장점을 가지고 있으며, Kubernetes 네트워크 환경에서 다양한 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. Calico는 네트워크 성능과 정책 제어에 중점을 두고 있으며, 대규모 클러스터 환경에서의 뛰어난 성능을 자랑합니다. Flannel은 간단한 설정과 다양한 백엔드 지원을 통해 Kubernetes의 기본 네트워크 기능을 쉽게 설정할 수 있도록 도와줍니다. Cilium은 eBPF를 활용하여 고성능 네트워크 모니터링과 세밀한 정책 제어를 제공하며, 마이크로서비스 아키텍처에 적합합니다.

선택 기준

각 솔루션의 선택은 클러스터의 규모, 네트워크 복잡성, 보안 요구 사항 등에 따라 달라질 수 있습니다. Calico는 대규모 클러스터에서의 성능과 보안 제어가 중요한 경우에 적합하며, Flannel은 간단한 네트워크 구성이 필요한 작은 규모의 클러스터에 적합합니다. Cilium은 마이크로서비스 아키텍처에서의 세밀한 네트워크 제어가 필요할 때 유리합니다. 따라서 각 솔루션의 특성을 잘 이해하고, 클러스터 환경에 맞는 네트워크 설계를 선택하는 것이 중요합니다.

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