Cilium（シリウム）

2025年11月5日

Cilium（シリウム）

英語表記: Cilium

概要

Cilium（シリウム）は、コンテナ技術の文脈、特にKubernetesのようなコンテナオーケストレーション環境で利用される、非常に高性能で先進的なCNI（Container Network Interface）プラグインです。このシステムは、Linuxカーネルの革新的な機能であるeBPF（extended Berkeley Packet Filter）を基盤として動作します。従来のネットワーキング技術と比較して、圧倒的な速度と柔軟性を提供し、コンテナ間の接続、負荷分散、そして高度なネットワークセキュリティポリシー（マイクロセグメンテーション）の適用を実現します。コンテナネットワークの分野において、パフォーマンスとセキュリティの両立を可能にする次世代のソリューションとして、大きな注目を集めている技術なのです。

詳細解説

Ciliumは、私たちが議論している「コンテナ技術（Docker, Podman） → コンテナネットワーク → CNI プラグイン」という階層構造において、ネットワーク接続とセキュリティを一手に担う核心的な役割を果たします。

CNIプラグインとしての目的

コンテナ技術におけるCNIプラグインの役割は、コンテナが起動する際に、ホストOSのネットワークから切り離された独立した環境（コンテナネットワーク）を提供し、さらにコンテナ同士や外部との通信を可能にすることです。Ciliumの目的は、この基本機能を超えて、従来のIPテーブルベースのソリューションが抱えていたスケーラビリティやパフォーマンスの課題を、根本的に解決することにあります。

eBPFによる革新的な動作原理

Ciliumの最大の強みは、その動作の核にeBPFを採用している点です。eBPFは、ユーザーが作成したプログラムを、Linuxカーネルの非常に安全なサンドボックス内で実行できる技術です。

従来のコンテナネットワーキングでは、パケットが処理されるたびに、カーネル空間とユーザー空間の間でデータを行き来させる必要があり、これがオーバーヘッドとなっていました。しかし、CiliumはeBPFプログラムをネットワークインターフェースに直接アタッチすることで、パケットがカーネルを通過する際に、その場で処理を完了させます。

この「カーネル内処理」により、ネットワーク処理のレイテンシ（遅延）が劇的に減少し、スループットが向上します。まるで、処理速度が何倍にもなった高性能なルーターをカーネルに直接組み込んだようなイメージですね。これにより、大規模なコンテナクラスタ環境でも、安定した高速なネットワーク通信が実現できるわけです。

高度なセキュリティ機能（マイクロセグメンテーション）

Ciliumが単なる高速なネットワーキングツールに留まらないのは、そのセキュリティ機能にあります。Ciliumは、IPアドレスやポート番号といったレイヤー3/4の情報だけでなく、HTTPリクエストのパスやヘッダー、データベースへのクエリ内容など、アプリケーション層（レイヤー7）の情報に基づいて、通信の許可・拒否を決定できます。

これをマイクロセグメンテーションと呼びます。例えば、「このマイクロサービスAは、データベースサービスBの特定のAPIエンドポイントにアクセスすることだけを許可する」といった、非常に細かく、サービス指向のセキュリティポリシーを設定できます。これにより、万が一コンテナの一つが侵害されても、その影響範囲を局所的に抑え込むことが可能になります。コンテナ技術のセキュリティを考える上で、この機能は非常に魅力的です。

主要コンポーネント

Ciliumは主に以下のコンポーネントで構成されています。

Cilium Agent: 各コンテナホスト（ノード）上で動作し、eBPFプログラムのロード、セキュリティポリシーの適用、およびローカルなネットワーク設定を担当します。
Cilium Operator: クラスタ全体の設定の整合性を維持し、Kubernetes APIサーバーと連携してポリシーの同期やIPアドレス管理など、ノードをまたがる作業を調整します。
Hubble: CiliumがeBPFを通じて取得した膨大なネットワークトラフィックのデータを可視化するためのツールです。セキュリティポリシーのデバッグや、トラフィックの流れの監視に役立ち、運用者にとって非常に強力な味方となります。

具体例・活用シーン

Ciliumが実際にどのように役立つのかを理解するために、具体的な利用シーンと比喩を用いて説明します。

マイクロサービス環境での厳格な制御

現代のコンテナ技術は、多くの小さなサービスが連携するマイクロサービスアーキテクチャで利用されます。この環境でCiliumは力を発揮します。

例1：データベース保護: 複数のフロントエンドサービスがデータベースにアクセスする場合、Ciliumは「フロントエンドAからの読み取りクエリは許可するが、フロントエンドBからの書き込みクエリは拒否する」といった、アプリケーション層レベルのアクセス制御を実装できます。これにより、設定ミスや攻撃による意図しないデータ操作を防ぎます。
例2：ゼロトラストネットワーク: すべての通信を信頼しない「ゼロトラスト」の原則に基づき、コンテナが起動した瞬間に、必要な最小限の通信経路以外はすべてブロックする設定を自動的に適用できます。

比喩：スマートな交通管制システム

Ciliumの動作を、従来のネットワーク技術と比較して、交通管制システムに例えてみましょう。

従来のコンテナネットワーク（IPテーブルなど）は、交差点に立つ熟練の交通整理員に似ています。整理員は、車のナンバー（IPアドレス）や、どの車線（ポート）を通るかを見て、手作業で許可証（ルール）と照らし合わせ、交通整理を行います。交通量が増えると、整理員は非常に忙しくなり、処理に時間がかかり、渋滞（レイテンシ）が発生してしまいます。

それに対し、Ciliumが利用するeBPFは、AIが組み込まれた未来のスマート交通管制システムのようなものです。

このシステムは、道路の下に埋め込まれた超高速センサー（eBPFプログラム）を通じて、すべての車両（パケット）がどこから来て、どこへ向かい、さらには「この車はどんな荷物（L7データ）を運んでいるか」まで、一瞬で、カーネルレベル（道路の真下）で判断します。

もし不正な車両（セキュリティポリシー違反のパケット）が検知された場合、その車両は即座に隔離され、ユーザー空間（地上の役所）に戻って確認を取る必要がありません。これにより、交通の流れは極めてスムーズ（高性能）になり、セキュリティも完璧に維持されます。Ciliumは、コンテナネットワークにおける「遅延のない、安全な交通インフラ」を提供しているのです。