在IT领域，Kubernetes无处不在。在超过43,000名贡献者的支持下，这一开源系统已成为在云端部署现代应用的默认方式。原因何在？简而言之，Kubernetes让开发者的工作轻松许多，不仅能加快应用发布，还能为最终用户提升底层平台的价值。
随着运营商寻求从封闭式系统向开放平台转型，Kubernetes（又称k8s）近来备受电信行业关注。要充分发挥5G独立组网的优势，需要灵活的云原生架构，而Kubernetes将成为其中不可或缺的一部分。真正的云原生网络可带来诸多优势，包括快速部署服务、实现自动化，以及显著提升韧性和效率。例如，Google使用其内部平台Borg每周部署超过20亿个容器，而Borg正是Kubernetes的前身。
这种灵活性和可扩展性是电信云愿景的基础。该愿景认为，5G网络将成为一个多用途平台，承载由第三方开发的各种服务和应用。例如，Kubernetes支持电信运营商在可移植容器中部署应用，从而可将服务部署到更靠近最终用户的网络边缘，降低延迟。
抽象化且对开发者更具吸引力
那么，Kubernetes究竟能做什么？现代应用通常由多个不同的微服务构成，每个微服务负责一项特定功能，例如订单管理、报告或支付。将微服务打包到容器中后，Kubernetes可自动完成其部署、扩缩容和管理。当微服务集群发生故障时，Kubernetes还可支持自动修复。
关键在于，Kubernetes为应用开发者屏蔽了底层内部网络的一些复杂性，大幅简化了应用开发工作。简而言之，Kubernetes让应用能够以简单直接的方式供外部访问。
Kubernetes Ingress控制器是最终用户通过HTTP协议与Web应用交互的通道。Ingress控制器还提供流量管理，确保将用户请求路由到Kubernetes集群内正确的微服务。
电信运营商需要转变思路
5G网络的基于服务的架构可以充分利用所有这些优势，但前提是电信运营商转变思维方式。尽管Kubernetes带来了诸多优势，但该系统与电信工程师所熟悉的工作方式似乎不太一致。电信运营商深谙网络技术，习惯于手动配置网络设备的IP地址，自行设置路由和负载均衡规则，以及其他由Kubernetes进行抽象的参数。
然而，这种手动配置会背离Kubernetes的初衷，阻碍快速部署和自动扩缩容，而这些正是AWS和Azure等主流云平台的典型特征。电信运营商最初在4G网络中部署的网络功能虚拟化（NFV）解决方案往往采用手动脚本，因此缺乏现代IT架构所具备的灵活性和自动化能力。
方枘圆凿？
随着5G核心网的部署，电信运营商可以从头构建系统。但遗憾的是，他们无法直接移植标准的Kubernetes系统。绝大多数电信运营商都在同时部署5G和4G网络，因此需要一种Kubernetes入口，除HTTP外，还能支持SCTP、Diameter和GTP等标准电信协议。这是因为，位于5G服务前端的Kubernetes入口不会通过HTTP直接与用户交互，而是连接其他4G和5G核心网元。在某些情况下，还需要互通功能，在HTTP/2消息与Diameter消息之间进行双向转换。
另一个复杂问题是如何支持应用集群内的通信。在标准Kubernetes部署中，通常使用服务网格来安全地管理和跟踪不同微服务之间的通信。虽然此类服务网格支持以IT为中心的追踪功能，但电信运营商发现，相关功能并不能很好地满足其需求。
第三个问题是Kubernetes集群内的5G功能如何与外部通信。开放Kubernetes分配的动态内部IP地址并不可取。这些地址会随时间变化，而且让外部能够看到如此详细的内部信息将带来重大安全风险。电信运营商希望完全控制为特定5G功能分配IP地址。这些IP地址应独立于构成相应5G功能的底层容器所使用的IP地址。为此，需要智能的Kubernetes出站功能。
为什么不能偷工减料
一种选择是弃用Kubernetes，直接将5G功能部署在具有静态IP地址且可从外部访问的容器中。但这种取巧方式会严重影响可扩展性和灵活性。例如，您将无法只需按一下按钮，就在网络中的任意位置部署5G功能。要实现这种代表未来趋势的自动化水平，就不能在Kubernetes上走捷径。
F5长期深耕电信和IT领域，并已探索出帮助电信运营商充分发挥Kubernetes广泛优势的方法，其中包括我们的BIG-IP SPK解决方案。该解决方案使Kubernetes入口不仅支持HTTP，还支持电信协议。它还利用网络地址转换（NAT）和路由，使Kubernetes出口能够向外部提供预定义的静态IP地址，同时不影响集群内部的动态性。无论集群内部发生什么变化，始终可以向外部实体提供相同的IP地址。此外，我们的Aspen Mesh服务网格支持“电信级”可观测性和追踪，可让电信运营商全面查看并追踪5G微服务之间的流量，从而增强安全性。
如果采用得当，Kubernetes可以为电信运营商带来真正的变革：它能够释放云原生架构的诸多优势，并显著简化运营商与外部环境的交互。经过全面调整以适应电信环境后，这一开源系统必将成为5G未来不可或缺的一部分。
本文是两篇系列文章中的第一篇。下一篇将探讨F5技术如何解决跨不同平台上运行的大量Kubernetes集群管理IT和电信工作负载所带来的运维难题。
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