容器网络接口（CNI）

容器网络接口（Container Network Interface，CNI）是 CNCF 旗下的一个重要项目，提供了一套标准化的容器网络配置规范和库。CNI 专注于容器创建时的网络资源分配和容器删除时的网络资源释放，为容器编排平台提供了统一的网络管理接口。

CNI 在 Kubernetes 中的集成

Kubernetes 已经深度集成了 CNI，相关代码位于 vendor/github.com/containernetworking/cni/libcni 目录。kubelet 通过 CNI 插件为 Pod 配置网络，实现了容器网络的标准化管理。

核心接口定义

CNI 定义了简洁而强大的接口，包含四个核心方法：

type CNI interface {
  AddNetworkList(net *NetworkConfigList, rt *RuntimeConf) (types.Result, error)
  DelNetworkList(net *NetworkConfigList, rt *RuntimeConf) error
  AddNetwork(net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) (types.Result, error)
  DelNetwork(net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) error
}

接口说明

• AddNetwork/AddNetworkList：为容器添加网络配置
• DelNetwork/DelNetworkList：删除容器的网络配置
• NetworkConfig：单个网络配置
• NetworkConfigList：多个网络配置的有序列表

设计原则与规范

CNI 的设计遵循以下核心原则：

生命周期管理

1. 网络命名空间：容器运行时必须在调用插件前为容器创建独立的网络命名空间
2. 网络确定：运行时需确定容器所属网络及相应的插件执行顺序
3. 配置格式：采用 JSON 格式存储网络配置，包含必需字段如 name、type 等

执行顺序

• 添加操作：按配置顺序依次执行插件
• 删除操作：按添加操作的相反顺序执行插件
• 幂等性：DELETE 操作必须支持多次调用

并发控制

• 容器隔离：同一容器不允许并行操作
• 容器间并行：不同容器可以并行处理
• 唯一标识：每个容器通过 ContainerID 唯一标识

CNI 插件实现

基本要求

CNI 插件必须实现为可执行文件，支持容器管理系统调用。插件负责：

• 将网络接口插入容器网络命名空间
• 在主机上执行必要的网络配置
• 通过 IPAM 插件分配 IP 地址和配置路由

标准操作

ADD 操作（添加容器到网络）

输入参数：

• CNI_VERSION：CNI 规范版本
• CNI_CONTAINERID：容器唯一标识符
• CNI_NETNS：网络命名空间路径（如 /proc/[pid]/ns/net）
• CNI_IFNAME：容器内接口名称
• CNI_ARGS：额外参数
• 网络配置：JSON 格式的网络配置文档

返回结果：

• 接口列表及硬件地址信息
• IP 配置信息（IPv4/IPv6 地址、网关、路由）
• DNS 配置信息

DEL 操作（从网络中删除容器）

输入参数：

• 与 ADD 操作相同的参数集合
• 必须释放容器 ID 拥有的所有网络资源

VERSION 操作（版本查询）

返回插件支持的 CNI 规范版本：

{
  "cniVersion": "1.0.0",
  "supportedVersions": ["0.3.0", "0.3.1", "0.4.0", "1.0.0"]
}

IP 地址管理（IPAM）

IPAM 插件架构

为了解耦 IP 管理策略与 CNI 插件类型，CNI 引入了 IPAM（IP Address Management）插件：

• 职责分离：CNI 插件专注网络接口管理，IPAM 插件专注 IP 分配
• 灵活配置：支持多种 IP 管理方案（DHCP、静态分配等）
• 标准接口：IPAM 插件遵循与 CNI 插件相同的调用约定

IPAM 插件调用

IPAM 插件通过以下方式工作：

• 接收与 CNI 插件相同的环境变量
• 通过 stdin 接收网络配置
• 返回 IP/子网、网关和路由信息
• 可执行文件位于 CNI_PATH 指定的路径中

常用插件生态

主插件（Main Plugins）

IPAM 插件

Meta 插件

配置示例

基本网桥配置

以下是相关的配置示例：

{
  "cniVersion": "1.0.0",
  "name": "mynet",
  "type": "bridge",
  "bridge": "mynet0",
  "isDefaultGateway": true,
  "forceAddress": false,
  "ipMasq": true,
  "hairpinMode": true,
  "ipam": {
  "type": "host-local",
  "subnet": "10.10.0.0/16"
  }
}

链式插件配置

以下是相关的配置示例：

{
  "cniVersion": "1.0.0",
  "name": "mynet",
  "plugins": [
  {
    "type": "bridge",
    "bridge": "mynet0",
    "ipam": {
    "type": "host-local",
    "subnet": "10.10.0.0/16"
    }
  },
  {
    "type": "portmap",
    "capabilities": {"portMappings": true}
  }
  ]
}

最佳实践

插件选择

1. 生产环境：推荐使用成熟的网络方案如 Calico、Flannel、Cilium
2. 开发测试：可使用简单的 bridge + host-local 组合
3. 高性能需求：考虑使用 SR-IOV 或 DPDK 相关插件

故障排查

1. 日志检查：查看 kubelet 和 CNI 插件日志
2. 网络验证：使用 cni 命令行工具测试配置
3. 网络连通性：检查路由表和 iptables 规则

参考资源

• CNI 官方规范
• CNI 插件仓库
• CNI 扩展约定
• CNCF CNI 项目主页