基于eBPF的Cilium核心功能解析：从容器网络到服务网格与安全策略

Cilium 是什么？简单来说，它是一款基于 eBPF 技术的云原生网络、安全与可观测性解决方案。凭借其出色的性能、深度的可观测能力以及强大的安全策略，Cilium 已经成为许多 Kubernetes 生产环境中的首选 CNI（容器网络接口）。今天我们就来系统地梳理一下 Cilium 到底支持哪些核心功能，帮助你全面了解它的能力图谱。

✅ 1. 高性能容器网络（CNI 核心功能）

作为一款 CNI 插件，Cilium 提供了强大且高效的容器网络能力：

• 支持 L3/L4 路由模式，不再依赖于传统的 iptables 和 kube-proxy（可以选择完全替代 kube-proxy）。
• 提供基于 eBPF 的 Service 负载均衡，性能远超传统的 iptables 和 ipvs 模式。
• 全面支持 IPv4、IPv6 及双栈网络。
• 支持自定义路由、Direct Routing（直接路由）以及对本地路由的优化。

✅ 2. eBPF 加速的数据平面

Cilium 的核心优势在于利用 eBPF，将网络策略和路由逻辑直接注入 Linux 内核执行，这带来了革命性的改变：

• 实现了超低延迟的数据包处理。
• 无需加载额外的内核模块或依赖复杂的 iptables 链。
• 网络策略可以动态更新，无需重启任何容器或节点服务。

✅ 3. 服务网格（Cilium Service Mesh）

Cilium 能够提供一种无 Sidecar 的服务网格解决方案，这意味着你不用在每个 Pod 中注入代理即可获得以下能力：

• L7 应用层负载均衡（支持 HTTP、gRPC、Kafka 等协议）。
• 基于 L7 的精细流量策略控制。
• 双向 TLS（mTLS）加密通信。
• 通过 Hubble 实现深度的流量可观测性。
• 完整的网格能力，如限流、重试、熔断等（通过 L7 Policy 实现）。

✅ 4. 网络与安全策略

Cilium 的网络策略能力远强于 Kubernetes 原生的 NetworkPolicy，提供了多层次的安全控制：

L3/L4 策略：

• 基于源/目的 IP、Pod 标签、命名空间（Namespace）等进行访问控制。

L7 策略（支持 HTTP/gRPC/Kafka 等）：

• 可以实现极其精细的控制，例如，“只允许来自前端 Pod 的 GET /api/v1/users 请求访问后端服务”。

✅ 5. Hubble 网络可观测性

Hubble 是 Cilium 原生的分布式网络可观测平台，是排查网络问题的利器，它提供：

• 服务依赖关系拓扑图（Service Map），可视化展示服务间通信。
• 网络流（flows）的实时捕获与历史查询。
• 请求延迟分析与性能洞察。
• L7 应用层指标与请求跟踪。
• 多种使用方式：CLI 命令行工具、Web UI 界面，以及与 Prometheus/Grafana 生态的深度集成。

✅ 6. 替代 kube-proxy（基于 BPF 的 kube-proxy）

Cilium 可以完全替代传统的 kube-proxy 组件，实现更高效的 Kubernetes Service 处理：

• 更高性能的 Service 负载均衡。
• 更低的网络延迟。
• 减少不必要的 NAT（网络地址转换）操作。
• 优化节点间的流量路径。

✅ 7. 高级路由与网络增强能力

Cilium 还集成了许多高级网络功能，满足苛刻的生产环境需求：

• eBPF 加速的 NodePort 服务。
• 更好地支持 ExternalTrafficPolicy=Local 模式，保留客户端真实 IP。
• 基于 eBPF 的带宽管理器（Bandwidth Manager），实现 Pod 级别的带宽限制。
• 利用 XDP（eXpress Data Path）技术实现高效的 DDoS 攻击防护。
• 使用 WireGuard 对集群内或集群间的流量进行加密。

✅ 8. 跨集群网络（ClusterMesh）

对于多集群部署场景，Cilium 的 ClusterMesh 功能提供了强大的支持：

• 实现多个 Kubernetes 集群间 Pod 到 Pod 的直接通信。
• 跨集群的服务发现（Service Discovery），让服务能够透明地跨集群访问。
• 保持多集群环境下网络安全策略的一致性统一管理。

✅ 9. 数据路径加密

为保障数据传输安全，Cilium 支持两种主流的数据链路层加密方案：

• WireGuard：现代、高性能的加密隧道协议。
• IPsec：成熟的工业标准加密协议。
  这两种方式常用于加密节点间流量，特别适合跨公有云或数据中心互联的场景。

✅ 10. 广泛的平台与环境支持

Cilium 具有良好的兼容性，支持多种运行环境：

• 编排引擎：Kubernetes、Docker / containerd。
• 内核要求：Linux 内核版本需 > 4.9（以支持 eBPF）。
• 云平台：AWS EKS、Google GKE、Azure AKS，以及 OpenStack、裸金属服务器等。

总结：Cilium 核心功能速查表

类型	功能
CNI 网络	高性能 Pod 网络、负载均衡、Direct Routing
安全	L3/L4/L7 网络策略、mTLS
Service Mesh	无 sidecar mesh、L7 LB、流量控制
观测	Hubble 可观测性、Service Map
多集群	ClusterMesh
加密	WireGuard/IPsec
性能优化	eBPF data plane、XDP、带宽管理
kube-proxy 替代	eBPF kube-proxy

希望这份关于 Cilium 核心功能的梳理能帮助你在云栈社区的探索之路上，更清晰地理解这项强大的云原生网络技术。无论是构建高性能网络、实现零信任安全，还是搭建可观测性体系，Cilium 都提供了极具竞争力的解决方案。