Die Welt der Kubernetes-Netzwerke entwickelt sich stetig weiter. Während MetalLB lange als eine bewährte Lösung für Load-Balancing in Kubernetes-Clustern galt, bringt Cilium mit seinen modernen Funktionalitäten und tiefer Integration in die Netzwerkebene neue Impulse. Insbesondere für Anwender, die eine schlanke, leistungsstarke und erweiterbare Lösung suchen, ist der Umstieg von MetalLB auf Cilium ein spannender Schritt, der sowohl technische Vorteile als auch mehr Flexibilität bietet. MetalLB ist in der Kubernetes-Community gut bekannt. Es hat sich einen Namen gemacht als leichtgewichtige Load-Balancer-Lösung, die insbesondere in Umgebungen ohne natives Cloud-Load-Balancing von großer Bedeutung ist.
Besonders im Layer-2-Modus fungiert MetalLB als Failover-Mechanismus, der den Traffic einer Service-IP an einen einzelnen Knoten weiterleitet. Das bietet zwar grundlegenden Schutz bei Knotenausfällen, erfüllt aber nicht die Anforderungen an echtes Load-Balancing über mehrere Knoten hinweg. Neben dem Layer-2-Modus bietet MetalLB noch den weitreichenderen BGP-Modus, der wiederum eher mit anspruchsvolleren Routing-Szenarien spielt und schon näher an Funktionen von Cilium herankommt. Der Wunsch nach einem noch umfassenderen und gleichzeitig performanteren Netzwerk-Stack führte viele Nutzer zu Cilium. Cilium gilt als einer der fortschrittlichsten CNI-Plugins im Kubernetes-Ökosystem und besticht durch seine engen Integrationsmöglichkeiten auf Kernel-Ebene durch eBPF-Technologie.
Seine Funktionen gehen weit über simples Load-Balancing hinaus – inklusive tiefer Netzwerksicherheit, fein granularem Monitoring und innovativen neuen Features, wie etwa der integrierten BGP Control Plane. In einem typischen Heim- oder kleinen Produktionsumfeld, wo beispielsweise ein VMware ESXi-Host mit mehreren Ubuntu-basierten Kubernetes-Knoten betrieben wird, bietet Cilium eine ideale Kombination aus Leistungsfähigkeit und Flexibilität. Dank des modularen Aufbaus lassen sich einzelne Komponenten wie Load-Balancer-IP-Adress-Management (LoadBalancer IP Address Management, LB IPAM) aktivieren, ohne die gesamte Netzwerkstruktur neu erfinden zu müssen. Dieses Feature ist gerade dabei, in der ab Version 1.13 von Cilium voll integriert zu werden und ermöglicht die Verwaltung von IP-Pools für Load-Balancer direkt im Cluster.
Das Besondere an LB IPAM ist, dass es nicht separat aktiviert werden muss. Stattdessen wird der entsprechende Controller automatisch aktiv, wenn eine sogenannte Custom Resource Definition (CRD) namens CiliumLoadBalancerIPPool im Cluster angelegt wird. Diese Ressource steuert die reservierten IP-Bereiche für Load-Balancer und definiert, welche Services Zugriff auf diese IP-Adressen bekommen. Beispielsweise kann durch gezieltes Setzen von Service-Selektoren die Vergabe von IPs auf bestimmte Anwendungen beschränkt werden, etwa den Nginx-Ingress-Controller. Eine zentrale Rolle spielt die Cilium BGP Control Plane.
Sie übernimmt die Aufgabe, die in LB IPAM definierten CIDRs (Netzwerkadressbereiche) ins Routing im Netzwerk zu übertragen, sodass Traffic von außen zielgerichtet zu den passenden Kubernetes-Diensten geleitet werden kann. Dies funktioniert über BGP-Nachbarschaften, die sich mit externen Routern verbinden und die Routen entsprechend ankündigen. Voraussetzung ist, dass diese Funktion in den Cilium-Deployments explizit aktiviert wird. Dies geschieht gewöhnlich über Helm-Chart-Konfigurationen, die eine reibungslose Integration und Verwaltung in der Kubernetes-Umgebung ermöglichen. Die Peering-Policies werden ebenfalls über eine eigene CRD namens CiliumBGPPeeringPolicy konfiguriert.
Hier definiert man Regeln, welche Knoten teilnehmen dürfen und mit welchen externen Peers (beispielsweise einer Opensense Firewall) die BGP-Sitzungen aufgebaut werden sollten. Der Einsatz von Labels zur Auswahl der Nodes bietet dabei Flexibilität und klare Trennung in heterogenen Clustern. Der Service-Selektor sorgt dafür, dass nur ausgewählte Dienste diese BGP-basierte Ankündigung erhalten und somit verwaltet wird, welche Anwendungen extern erreichbar sind. Auf Seiten der Firewall oder des externen Routers sind zusätzliche BGP-Konfigurationen erforderlich. Die Opensense-Firewall, ein beliebtes Open-Source-Tool, unterstützt BGP als Plugin, das erst installiert werden muss.
Nach der Aktivierung werden AS-Nummern (Autonomous System Numbers) vergeben und Peering-Nachbarn definiert. Die übersichtlichen Diagnosetools helfen dabei, den Zustand der BGP-Verbindungen zu überwachen und eventuelle Kommunikationsprobleme zu beheben. Nicht zuletzt sorgt Cilium dafür, dass durch einfache Annotierungen von Services gezielt IP-Adressen aus dem definierten Pool zugewiesen werden können. Im Nginx-Ingress-Beispiel lässt sich etwa durch eine Annotation mit io.cilium/lb-ipam-ips eine feste IP-Adresse aus dem Pool für den Load-Balancer reservieren.
Dadurch gewinnt man die Kontrolle über Adressierung und kann Services ohne zusätzliche externe IP-Management-Tools betreiben. Aus Anwendungsperspektive betrachtet bieten sich durch den Umstieg höhere Konsistenz und geringere Komplexität bei der Verwaltung der Netzwerkressourcen. Vorbei sind die Zeiten, in denen MetalLB und ein separates BGP-Routing aneinandergebunden werden mussten. Ciliums Lösung führt diese Komponenten elegant zusammen und erleichtert durch den Kubernetes-native Ansatz sowohl die Automatisierung als auch das Monitoring. Zudem bringt die eBPF-Technologie deutliche Performancesteigerungen und Sicherheitselemente, die MetalLB so nicht leisten kann.
Trotz der vielen Vorteile erfordert der Wechsel auch eine sorgfältige Planung. Die Netzwerkinfrastruktur muss so angepasst werden, dass Cilium das BGP-Routing korrekt übernehmen kann und keine Konflikte mit bestehenden Adressbereichen entstehen. Zudem sollte man sich mit den CRDs und den neuen Konzepten wie Peering-Policies vertraut machen, um die Steuerung über das Netzwerk präzise zu gewährleisten. In vielen Fällen empfiehlt sich eine testweise Migration in einer kontrollierten Umgebung, um mögliche Herausforderungen früh zu identifizieren und zu adressieren. Für Nutzer, die Kubernetes hauptsächlich in homogenen, privaten oder kleinen Produktivumgebungen betreiben, ist Cilium eine zukunftsweisende Investition.
