kubernetes 网络组件简介（Flannel， Open vSwitch，Calico）

k8s的网络模型假定了所有Pod都在一个可以直接连通的扁平的网络空间中。这是因为k8s出自Google，而在GCE里面是提供了网络模型作为基础设施的，所以k8s就假定这个网络已经存在。而在大家私有的平台设施里搭建k8s集群，就不能假定这种网络已经存在了。我们需要自己实现这个网络，将不同节点上的Docker容器之间的互相访问先打通，然后运行k8s。

目前已经有多个开源组件支持容器网络模型。本节介绍几个常见的网络组件及其安装配置方法，包括Flannel、Open vSwitch、直接路由和Calico。

1. Flannel
1.1 Flannel通信原理
Flannel之所以可以搭建k8s依赖的底层网络，是因为它能实现以下两点。
（1）它能协助k8s，给每一个Node上的Docker容器分配互相不冲突的IP地址。
（2）它能在这些IP地址之间建立一个覆盖网络（Overlay Network），通过这个覆盖网络，将数据包原封不动地传递到目标容器内。

我们通过下图来看看Flannel是如何实现这两点的。

可以看到，Flannel首先创建了一个名为flannel0的网桥，这个网桥的一端连接docker0网桥，另一端连接一个叫作flanneld的服务进程。

flanneld进程很重要：
flanneld首先要连接etcd，利用etcd来管理可分配的IP地址段资源，同时监控etcd中每个Pod的实际地址，并在内存中建立了一个Pod节点路由表；
然后flanneld进程下连docker0和物理网络，使用内存中的Pod节点路由表，将docker0发给它的数据包包装起来，利用物理网络的连接将数据包投递到目标flanneld上，从而完成Pod到Pod之间的直接地址通信。
Flannel之间的底层通信协议的可选余地很多，有UDP, VxLAN, AWS VPC等多种方式，只要能通到对端的Flannel就可以了。源flanneld加包，目标flanneld解包，最终docker0看到的就是原始的数据，非常透明，根本感觉不到中间Flannel的存在。常用的是UDP。

Flannel是如何做到为不同Node上的Pod分配IP且不产生冲突的？因为Flannel使用集中的etcd服务管理这些地址资源信息，它每次分配的地址段都在同一个公共区域获取，这样自然能随时协调，避免冲突了。在Flannel分配好地址段后，接下来的工作就转交给Docker完成了。Flannel通过修改Docker的启动参数将分配给它的地址段传递进去。
--bip=172.17.18.1/24

通过这些操作，Flannel就控制了每个Node节点上的docker0地址段的地址，也能保障所有Pod的IP地址在同一水平的网络中且不产生冲突了。

Flannel完美地解决了对k8s网络的支持，但是它引入了多个网络组件，在网络通信时需要转到flannel0网络接口，再转到用户态的flanneld程序，到对端后还需要走这个过程的反过程，所以会引入一些网络的延时消耗。

另外，Flannel模型默认使用了UDP作为底层传输协议，UDP协议本身的非可靠性，在大流量、高并发应用场景下还需要反复测试，确保没有问题。

1.2 Flannel的安装和配置方法
1）安装etcd
由于Flannel使用etcd作为数据库，所以需要预先安装好，这里不做描述。

2）安装Flannel
需要在每台Node上都安装Flannel。Flannel软件的下载地址为：https://github.com/coreos/flannel/releases 。将下载好的flannel--linux-amd64.tar.gz解压，把二进制文件flanneld和mk-docker-opts.sh复制到/usr/bin中，即可完成对Flannel的安装。

3）配置Flannel
此处以使用systemd系统为例对flanneld服务进行配置。
编辑服务配置文件/usr/lib/systemd/system/flanneld.service：
[root@k8s-node1 sysconfig]# more /usr/lib/systemd/system/flanneld.service
[Unit]
Description=flanneld overlay address etcd agent
After=network.target
Before=docker.service

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/etc/sysconfig/flannel
ExecStart=/usr/bin/flanneld -etcd-endpoints=http://10.0.2.15:2379 $FLANNEL_OPTIONS

[Install]
RequiredBy=docker.service
WantedBy=multi-user.target

编辑配置文件/etc/sysconfig/flannel，设置etcd的URL地址：
[root@k8s-node2 sysconfig]# more flannel
# flanneld configuration options
# etcd url location. Point this to the server where etcd runs
FLANNEL_ETCD="http://10.0.2.15:2379"

# etcd config key. This is the configuration key that flannel queries
# For address range assignment
FLANNEL_ETCD_KEY="/coreos.com/network"

在启动flanneld服务之前，需要在etcd中添加一条网络配置记录，这个配置将用于flanneld分配给每个Docker的虚拟IP地址段。
[root@k8s-master ~]# etcdctl set /coreos.com/network/config '{ "Network": "172.16.0.0/16" }'
{ "Network": "172.16.0.0/16" }
由于Flannel将覆盖docker0网桥，所以如果Docker服务已启动，则需要停止Docker服务。

4）启动Flannel服务
systemctl daemon-reload
systemctl restart flanneld

5）重新启动Docker服务
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

6）设置docker0网桥的IP地址
mk-docker-opts.sh -i
source /run/flannel/subnet.env
ifconfig docker0 ${FLANNEL_SUBNET}

完成后确认网络接口docker0的IP属于flannel0的子网：
[root@k8s-node1 system]# ip a
1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: enp0s3:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 08:00:27:9f:89:14 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.2.4/24 brd 10.0.2.255 scope global noprefixroute dynamic enp0s3
       valid_lft 993sec preferred_lft 993sec
    inet6 fe80::a00:27ff:fe9f:8914/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: docker0:  mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN group default
    link/ether 02:42:c9:52:3d:15 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.16.70.1/24 brd 172.16.70.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::42:c9ff:fe52:3d15/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
6: flannel0:  mtu 1472 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN group default qlen 500
    link/none
    inet 172.16.70.0/16 scope global flannel0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::4b31:c92f:8cc9:3a22/64 scope link flags 800
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@k8s-node1 system]#

至此，就完成了Flannel覆盖网络的设置。

使用ping命令验证各Node上docker0之间的相互访问。例如在Node1（docker0 IP=172.16.70.1）机器上ping Node2的docker0（docker0 IP=172.16.13.1），通过Flannel能够成功连接到其他物理机的Docker网络：
[root@k8s-node1 system]# ifconfig flannel0
flannel0: flags=4305  mtu 1472
        inet 172.16.70.0  netmask 255.255.0.0  destination 172.16.70.0
        inet6 fe80::524a:4b9c:3391:7514  prefixlen 64  scopeid 0x20
        unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00  txqueuelen 500  (UNSPEC)
        RX packets 5  bytes 420 (420.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 8  bytes 564 (564.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

[root@k8s-node1 system]# ifconfig docker0
docker0: flags=4099  mtu 1500
        inet 172.16.70.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 172.16.70.255
        inet6 fe80::42:c9ff:fe52:3d15  prefixlen 64  scopeid 0x20
        ether 02:42:c9:52:3d:15  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 8  bytes 648 (648.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

[root@k8s-node1 system]# ping 172.16.13.1
PING 172.16.13.1 (172.16.13.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.16.13.1: icmp_seq=1 ttl=62 time=1.63 ms
64 bytes from 172.16.13.1: icmp_seq=2 ttl=62 time=1.55 ms
^C
--- 172.16.13.1 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1002ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.554/1.595/1.637/0.057 ms

我们可以在etcd中查看到Flannel设置的flannel0地址与物理机IP地址的对应规则：
[root@k8s-master etcd]# etcdctl ls /coreos.com/network/subnets
/coreos.com/network/subnets/172.16.70.0-24
/coreos.com/network/subnets/172.16.13.0-24

[root@k8s-master etcd]# etcdctl get /coreos.com/network/subnets/172.16.70.0-24
{"PublicIP":"10.0.2.4"}
[root@k8s-master etcd]# etcdctl get /coreos.com/network/subnets/172.16.13.0-24
{"PublicIP":"10.0.2.5"}

2 Open vSwitch
2.1 基本原理
Open vSwitch是一个开源的虚拟交换软件，有点儿像Linux中的bridge，但是功能要复杂得多。Open vSwitch的网桥可以直接建立多种通信通道（隧道），例如Open vSwitch with GRE/VxLAN。这些通道的建立可以很容易地通过OVS的配置命令实现。在k8s、Docker场景下，我们主要是建立L3到L3的隧道，例如下面样子的网络架构。

首先，为了避免Docker创建的docker0地址产生冲突，我们需要手动配置和指定下各个Node节点上docker0网桥的地址段分布。
其次，建立Open vSwitch的网桥ovs，然后使用ovs-vsctl命令给ovs网桥增加gre端口，添加gre端口时要将目标连接的NodeIP地址设置为对端的IP地址。对每一个对端IP地址都需要这么操作（对于大型网络，需要做自动化脚本来完成）。
最后，将ovs的网桥作为网络接口，加入Docker的网桥上。重启ovs网桥和Docker的网桥，并添加一个Docker的地址段到Docker网桥的路由规则项，就可以将两个容器的网络连接起来了。

2.2 网络通信过程
当容器内的应用访问另一个容器的地址时，数据包会通过容器内的默认路由发送给docker0网桥。ovs的网桥是作为docker0网桥的端口存在的，安会将数据发送给ovs网桥。ovs网络已经通过配置建立了和其他ovs网桥的GRE/VxLAN隧道，自然能将数据送达对端的Node，并送往docker0及Pod。
通过新增的路由项，使用得Node节点本身的应用的数据也路由到docker0网桥上，和刚才的通信过程一样，自然也可以访问其他Node上的Pod。

2.3 OVS with GRE/VxLAN组网方式的特点
OVS的优势是，作为开源虚拟交换机软件，它相对成熟和稳定，支持各类网络隧道协议，经过了OpenStack等项目的考验。
另一方面，相对于Flannel不但可以建立OverlayNetwork，实现Pod到Pod的通信，还和k8s、Docker架构体系紧密结合，感知k8s的Service，动态维护自己的路由表，还通过etcd来协助Docker对整个k8s集群中的docker0的子网地址进行分配。使用OVS时，很多事情就需要手工完成了。
此外，无外是OVS，还是Flannel，通过建立Overlay Network，实现Pod到Pod的通信，都会引入一些额外的通信开销。如果是对网络依赖特别重的应用，则需要评估对业务的影响。

2.4 Open vSwitch的安装与配置
以两个Node为例，目标网络拓扑如下图所示。

1）在两个Node上安装ovs
需要确认下关闭了Node节点上的selinux。
同时在两个Node节点上：
yum -y install openvswitch

查看Open vSwitch服务状态，需要有ovsdb-server与ovs-vswitchd两个进程。
[root@k8s-node2 system]# systemctl start openvswitch
[root@k8s-node2 system]# systemctl status openvswitch
● openvswitch.service - Open vSwitch
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/openvswitch.service; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: active (exited) since Sun 2018-06-10 17:06:40 CST; 6s ago
  Process: 8368 ExecStart=/bin/true (code=exited, status=0/SUCCESS)
Main PID: 8368 (code=exited, status=0/SUCCESS)

Jun 10 17:06:40 k8s-node2.test.com systemd[1]: Starting Open vSwitch...
Jun 10 17:06:40 k8s-node2.test.com systemd[1]: Started Open vSwitch.
[root@k8s-node2 system]# ps -ef|grep ovs
root      8352     1  0 17:06 ?        00:00:00 ovsdb-server: monitoring pid 8353 (healthy)
root      8353  8352  0 17:06 ?        00:00:00 ovsdb-server /etc/openvswitch/conf.db -vconsole:emer -vsyslog:err -vfile:info --remote=punix:/var/run/openvswitch/db.sock --private-key=db:Open_vSwitch,SSL,private_key --certificate=db:Open_vSwitch,SSL,certificate --bootstrap-ca-cert=db:Open_vSwitch,SSL,ca_cert --no-chdir --log-file=/var/log/openvswitch/ovsdb-server.log --pidfile=/var/run/openvswitch/ovsdb-server.pid --detach --monitor
root      8364     1  0 17:06 ?        00:00:00 ovs-vswitchd: monitoring pid 8365 (healthy)
root      8365  8364  0 17:06 ?        00:00:00 ovs-vswitchd unix:/var/run/openvswitch/db.sock -vconsole:emer -vsyslog:err -vfile:info --mlockall --no-chdir --log-file=/var/log/openvswitch/ovs-vswitchd.log --pidfile=/var/run/openvswitch/ovs-vswitchd.pid --detach --monitor

2）创建网桥和GRE隧道
接下来需要在每个Node上建立ovs的网桥br0，然后在网桥上创建一个GRE隧道连接对端的网桥，最后把ovs的网桥br0作为一个端口连接到docker0这个Linux网桥上。
这样一来，两个节点机器上的docker0网段就能互通了。
以Node1节点为例，具体操作步骤如下：
（1）创建ovs网桥
[root@k8s-node1 system]# ovs-vsctl add-br br0
（2）创建GRE隧道连接对端，remote_ip为对端的eth0网卡地址
[root@k8s-node1 system]# ovs-vsctl add-port br0 gre1 -- set interface gre1 type=gre option:remote_ip=10.0.2.5
（3）添加br0到本地docker0，使得容器流量通过OVS流经tunnel
[root@k8s-node1 system]# brctl addif docker0 br0
（4）启动br0与docker0网桥
[root@k8s-node1 system]# ip link set dev br0 up
[root@k8s-node1 system]# ip link set dev docker0 up
（5）添加路由规则
由于10.0.2.5与10.0.2.4的docker0网段分别为172.16.20.0/24与172.16.10.0/24，这两个网段的路由都需要经过本机的docker0网桥路由，其中一个24网段是通过OVS的GRE隧道到达对端的。因此需要在每个Node上添加通过docker0网桥转发的172.16.0.0/16的路由规则：
[root@k8s-node1 system]# ip route add 172.16.0.0/16 dev docker0
（6）清空Docker自带的iptables规则及Linux的规则，后者存在拒绝icmp报文通过防火墙的规则
[root@k8s-node1 system]# iptables -t nat -F
[root@k8s-node1 system]# iptables -F

在Node1节点上完成以上操作后，在Node2节点上进行相同的配置。

配置完成后，Node1节点的IP地址、docker0的IP地址及路由等重要信息显示如下：
[root@k8s-node1 system]# ip addr
1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: enp0s3:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 08:00:27:9f:89:14 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.2.4/24 brd 10.0.2.255 scope global noprefixroute dynamic enp0s3
       valid_lft 842sec preferred_lft 842sec
    inet6 fe80::a00:27ff:fe9f:8914/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: docker0:  mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
    link/ether 02:42:c9:52:3d:15 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.16.10.1/24 brd 172.16.10.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::42:c9ff:fe52:3d15/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
10: ovs-system:  mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 5e:a9:02:75:aa:98 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
11: br0:  mtu 1500 qdisc noqueue master docker0 state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/ether 82:e3:9a:29:3c:46 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet6 fe80::a8de:24ff:fef4:f8ec/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
12: gre0@NONE:  mtu 1476 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/gre 0.0.0.0 brd 0.0.0.0
13: gretap0@NONE:  mtu 1462 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 00:00:00:00:00:00 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
14: gre_system@NONE:  mtu 65490 qdisc pfifo_fast master ovs-system state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/ether 76:53:6f:11:e0:f8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet6 fe80::7453:6fff:fe11:e0f8/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
[root@k8s-node1 system]#

[root@k8s-node1 system]# ip route
default via 10.0.2.1 dev enp0s3 proto dhcp metric 100
10.0.2.0/24 dev enp0s3 proto kernel scope link src 10.0.2.4 metric 100
172.16.0.0/16 dev docker0 scope link
172.16.10.0/24 dev docker0 proto kernel scope link src 172.16.10.1

3）两个Node上容器之间的互通测试
[root@k8s-node1 system]# ping 172.16.20.1
PING 172.16.20.1 (172.16.20.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.16.20.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=2.39 ms
64 bytes from 172.16.20.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=3.36 ms
^C
--- 172.16.20.1 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1004ms
rtt min/avg/max/mdev = 2.398/2.882/3.366/0.484 ms
[root@k8s-node1 system]#

在Node2上抓包观察：
[root@k8s-node2 system]# tcpdump -i docker0 -nnn
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
23:43:59.020039 IP 172.16.10.1 > 172.16.20.1: ICMP echo request, id 20831, seq 26, length 64
23:43:59.020096 IP 172.16.20.1 > 172.16.10.1: ICMP echo reply, id 20831, seq 26, length 64
23:44:00.020899 IP 172.16.10.1 > 172.16.20.1: ICMP echo request, id 20831, seq 27, length 64
23:44:00.020939 IP 172.16.20.1 > 172.16.10.1: ICMP echo reply, id 20831, seq 27, length 64
23:44:01.021706 IP 172.16.10.1 > 172.16.20.1: ICMP echo request, id 20831, seq 28, length 64
23:44:01.021750 IP 172.16.20.1 > 172.16.10.1: ICMP echo reply, id 20831, seq 28, length 64

接下来我们从前面曾做过的实验中找出来一份创建2实例的RC资源文件来，实际创建两个容器来测试下两个Pods间的网络通信：
[root@k8s-master ~]# more frontend-rc.yaml
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: frontend
  labels:
    name: frontend
spec:
   replicas: 2
   selector:
     name: frontend
   template:
     metadata:
       labels:
         name: frontend
     spec:
       containers:
       - name: php-redis
         image: kubeguide/guestbook-php-frontend
         ports:
         - containerPort: 80
           hostPort: 80
         env:
         - name: GET_HOSTS_FROM
           value: env
[root@k8s-master ~]#

创建并观察下结果：
[root@k8s-master ~]# kubectl get rc
NAME       DESIRED   CURRENT   READY     AGE
frontend   2         2         2         33m
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide
NAME             READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
frontend-b6krg   1/1       Running   1          33m       172.16.20.2   10.0.2.5
frontend-qk6zc   1/1       Running   0          33m       172.16.10.2   10.0.2.4

我们继续登录进入Node1节点上的容器内部：
[root@k8s-master ~]# kubectl exec -it frontend-qk6zc -c php-redis /bin/bash
root@frontend-qk6zc:/var/www/html# ip a
1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: gre0@NONE:  mtu 1476 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/gre 0.0.0.0 brd 0.0.0.0
3: gretap0@NONE:  mtu 1462 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 00:00:00:00:00:00 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
22: eth0@if23:  mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
    link/ether 02:42:ac:10:0a:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.16.10.2/24 brd 172.16.10.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
root@frontend-qk6zc:/var/www/html#
从Node1上运行的Pod中ping一个Nod2上运行的Pod的地址：
root@frontend-qk6zc:/var/www/html# ping 172.16.20.2
PING 172.16.20.2 (172.16.20.2): 56 data bytes
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=0 ttl=63 time=2017.587 ms
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=1 ttl=63 time=1014.193 ms
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=2 ttl=63 time=13.232 ms
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=3 ttl=63 time=1.122 ms
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=4 ttl=63 time=1.379 ms
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=5 ttl=63 time=1.474 ms
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=6 ttl=63 time=1.371 ms
64 bytes from 172.16.20.2: icmp_seq=7 ttl=63 time=1.583 ms
^C--- 172.16.20.2 ping statistics ---
8 packets transmitted, 8 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max/stddev = 1.122/381.493/2017.587/701.350 ms
root@frontend-qk6zc:/var/www/html#
在Node2节点上抓包看到数据包交互：
[root@k8s-node2 system]# tcpdump -i docker0 -nnn
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on docker0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
00:13:18.601908 IP 172.16.10.2 > 172.16.20.2: ICMP echo request, id 38, seq 4, length 64
00:13:18.601947 IP 172.16.20.2 > 172.16.10.2: ICMP echo reply, id 38, seq 4, length 64
00:13:18.601956 IP 172.16.20.2 > 172.16.10.2: ICMP echo reply, id 38, seq 4, length 64
00:13:28.609109 IP 172.16.10.2 > 172.16.20.2: ICMP echo request, id 38, seq 5, length 64
00:13:28.609165 IP 172.16.20.2 > 172.16.10.2: ICMP echo reply, id 38, seq 5, length 64
00:13:28.609179 IP 172.16.20.2 > 172.16.10.2: ICMP echo reply, id 38, seq 5, length 64
00:13:29.612564 IP 172.16.10.2 > 172.16.20.2: ICMP echo request, id 38, seq 6, length 64

注：如果以上网络通信测试没有完全成功，不妨检查下Node节点上的firewalld防火墙配置。

至此，基于OVS的网络搭建成功，由于GRE是点对点的隧道通信方式，所以如果有多个Node，则需要建立N*(N-1)条GRE隧道，即所有Node组成一个网状的网络，以实现全网互通。

3 直接路由
我们在前几节的实验中已经测试过通过直接手动写路由的方式，实现Node之间的网络通信功能了，配置方法不再讨论。该直接路由配置方法的问题是，在集群节点发生变化时，需要手动去维护每个Node上的路由表信息，效率很低。为了有效管理这些动态变化的网络路由信息，动态地让其他Node都感知到，就需要使用动态路由发现协议来同步这些变化。
在实现这些动态路由发现协议的开源软件中，常用的有Quagga、Zebra等。
下面简单介绍下配置步骤和注意事项。
（1）仍然需要手动分配每个Node节点上的Docker bridge的地址段
无论是修改默认的docker0使用的地址段，还是另建一个bridge并使用--bridge=XX来指定使用的网桥，都需要确保每个Node上Docker网桥使用的地址段不能重叠。
（2）然后在每个Node上运行Quagga
既可以选择在每台服务器上安装Quagga软件并启动，也可以使用Quagga容器来运行。在每台Node上下载Docker镜像：
# docker pull georce/router
在每台Node上启动Quagga容器，需要说明的是，Quagga需要以--privileged特权模式运行，并且指定--net=host，表示直接使用物理机的网络。
# docker run -itd --name=router --privileged --net=host georce/router

启动成功后，各Node上的Quagga会相互学习来完成到其他机器的docker0路由规则的添加。
至此，所有Node上的docker0都可以互联互通了。
注：如果集群规模在数千台Node以上，则需要测试和评估路由表的效率问题。

4 Calico容器网络和网络策略
4.1 Calico简介
Calico 是容器网络的又一种解决方案，和其他虚拟网络最大的不同是，它没有采用 overlay 网络做报文的转发，提供了纯 3 层的网络模型。三层通信模型表示每个容器都通过 IP 直接通信，中间通过路由转发找到对方。在这个过程中，容器所在的节点类似于传统的路由器，提供了路由查找的功能。要想路由工作能够正常，每个虚拟路由器（容器所在的主机节点）必须有某种方法知道整个集群的路由信息，calico 采用的是 BGP 路由协议，全称是 Border Gateway Protocol。除了能用于 容器集群平台 kubernetes、共有云平台 AWS、GCE 等， 也能很容易地集成到 openstack 等 Iaas 平台。

Calico在每个计算节点利用Linux Kernel实现了一个高效的vRouter来负责数据转发。每个vRouter通过BGP协议把在本节点上运行的容器的路由信息向整个Calico网络广播，并自动设置到达其他节点的路由转发规则。Calico保证所有容器之间的数据流量都是通过IP路由的方式完成互联互通的。Calico节点组网可以直接利用数据中心的网络结构（L2或者L3），不需要额外的NAT、隧道或者Overlay Network，没有额外的封包解包，能够节约CPU运算，提高网络通信效率。Calico的数据包结构示意图如下。

Calico在小规模集群中可以直接互联，在大规模集群中可以通过额外的BGP route reflector来完成。

此外，Calico基于iptables还提供了丰富的网络策略，实现了k8s的Network Policy策略，提供容器间网络可达性限制的功能。

Calico的主要组件如下：
Felix：Calico Agent，运行在每台Node上，负责为容器设置网络源（IP地址、路由规则、iptables规则等），保证主机容器网络互通。
etcd：Calico使用的存储后端。
BGP Client(BIRD)：负责把Felix在各Node上设置的路由信息通过BGP协议广播到Calico网络。
BGP Route Reflector(BIRD)：通过一个或者多个BGP Route Reflector来完成大规模集群的分级路由分发。
calicoctl：Calico命令行管理工具。
4.2 部署Calico服务
在k8s中部署Calico的主要步骤包括两部分。
4.2.1 修改kubernetes服务的启动参数，并重启服务
设置Master上kube-apiserver服务的启动参数：--allow-privileged=true（因为Calico-node需要以特权模式运行在各Node上）。
设置各Node上kubelet服务的启动参数：--network-plugin=cni（使用CNI网络插件）, --allow-privileged=true
本例中的K8s集群包括两台Node：Node1（10.0.2.4）和Node2（10.0.2.5）

4.2.2 创建Calico服务，主要包括Calico-node和Calico policy controller
需要创建出以下的资源对象：
创建ConfigMap calico-config，包含Calico所需的配置参数。
创建Secret calico-etcd-secrets，用于使用TLS方式连接etcd。
在每个Node上运行calico/node容器，部署为DaemonSet。
在每个Node上安装Calico CNI二进制文件和网络配置参数（由install-cni容器完成）。
部署一个名为calico/kube-policy-controller的Deployment，以对接k8s集群中为Pod设置的Network Policy。
4.2.3 Calico服务安装与配置的详细说明
从Calico官网下载Calico的yaml配置文件，下载地址为https://docs.projectcalico.org/v2.1/getting-started/kubernetes/installation/hosted/calico.yaml 。
该配置文件中包括了启动Calico所需的全部资源对象的定义。下面对其逐个进行说明。
（1）Calico所需的配置以ConfigMap对象进行创建，如下所示
# Calico Version v2.1.5
# https://docs.projectcalico.org/v2.1/releases#v2.1.5
# This manifest includes the following component versions:
#   calico/node:v1.1.3
#   calico/cni:v1.8.0
#   calico/kube-policy-controller:v0.5.4

# This ConfigMap is used to configure a self-hosted Calico installation.
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: calico-config
  namespace: kube-system
data:
  # Configure this with the location of your etcd cluster.
  etcd_endpoints: "http://10.0.2.15:2379"

  # Configure the Calico backend to use.
  calico_backend: "bird"

  # The CNI network configuration to install on each node.
  cni_network_config: |-
    {
        "name": "k8s-pod-network",
        "type": "calico",
        "etcd_endpoints": "__ETCD_ENDPOINTS__",
        "etcd_key_file": "__ETCD_KEY_FILE__",
        "etcd_cert_file": "__ETCD_CERT_FILE__",
        "etcd_ca_cert_file": "__ETCD_CA_CERT_FILE__",
        "log_level": "info",
        "ipam": {
            "type": "calico-ipam"
        },
        "policy": {
            "type": "k8s",
            "k8s_api_root": "https://__KUBERNETES_SERVICE_HOST__:__KUBERNETES_SERVICE_PORT__",
            "k8s_auth_token": "__SERVICEACCOUNT_TOKEN__"
        },
        "kubernetes": {
            "kubeconfig": "__KUBECONFIG_FILEPATH__"
        }
    }

  # If you're using TLS enabled etcd uncomment the following.
  # You must also populate the Secret below with these files.
  etcd_ca: ""   # "/calico-secrets/etcd-ca"
  etcd_cert: "" # "/calico-secrets/etcd-cert"
  etcd_key: ""  # "/calico-secrets/etcd-key"

主要参数如下：
etcd_endpoints：Calico使用etcd来保存网络拓扑和状态，该参数指定etcd的地址，可以使用k8s Master所用的etcd，也可以另外搭建。
calico_backend：Calico的后端，默认为bird。
cni_network_config：符合CNI规范的网络配置。其中type=calico表示kubelet将从/opt/cni/bin目录下搜索名为“Calico”的可执行文件，并调用它完成容器网络的设置。ipam中type=calico-ipam表示kubelet将在/opt/cni/bin目录下搜索名为"calico-ipam"的可执行文件，用于完成容器IP地址的分配。
etcd如果配置了TLS安全认证，则还需要指定相应的ca、cert、key等文件。

（2）访问etcd所需的secret，对于无TLS的etcd服务，将data设置为空即可
# The following contains k8s Secrets for use with a TLS enabled etcd cluster.
# For information on populating Secrets, see http://kubernetes.io/docs/user-guide/secrets/
apiVersion: v1
kind: Secret
type: Opaque
metadata:
  name: calico-etcd-secrets
  namespace: kube-system
data:
  # Populate the following files with etcd TLS configuration if desired, but leave blank if
  # not using TLS for etcd.
  # This self-hosted install expects three files with the following names.  The values
  # should be base64 encoded strings of the entire contents of each file.
  # etcd-key: null
  # etcd-cert: null
  # etcd-ca: null

（3）calico-node，以Daemonset形式在每台Node上运行一个calico-node服务和一个install-cni服务
# This manifest installs the calico/node container, as well
# as the Calico CNI plugins and network config on
# each master and worker node in a Kubernetes cluster.
kind: DaemonSet
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: calico-node
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: calico-node
spec:
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: calico-node
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: calico-node
      annotations:
        scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ''
        scheduler.alpha.kubernetes.io/tolerations: |
          [{"key": "dedicated", "value": "master", "effect": "NoSchedule" },
           {"key":"CriticalAddonsOnly", "operator":"Exists"}]
    spec:
      hostNetwork: true
      containers:
        # Runs calico/node container on each Kubernetes node.  This
        # container programs network policy and routes on each
        # host.
        - name: calico-node
          image: quay.io/calico/node:v1.1.3
          env:
            # The location of the Calico etcd cluster.
            - name: ETCD_ENDPOINTS
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_endpoints
            # Choose the backend to use.
            - name: CALICO_NETWORKING_BACKEND
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: calico_backend
            # Disable file logging so `kubectl logs` works.
            - name: CALICO_DISABLE_FILE_LOGGING
              value: "true"
            # Set Felix endpoint to host default action to ACCEPT.
            - name: FELIX_DEFAULTENDPOINTTOHOSTACTION
              value: "ACCEPT"
            # Configure the IP Pool from which Pod IPs will be chosen.
            - name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
              value: "192.168.0.0/16"
            - name: CALICO_IPV4POOL_IPIP
              value: "always"
            # Disable IPv6 on Kubernetes.
            - name: FELIX_IPV6SUPPORT
              value: "false"
            # Set Felix logging to "info"
            - name: FELIX_LOGSEVERITYSCREEN
              value: "info"
            # Location of the CA certificate for etcd.
            - name: ETCD_CA_CERT_FILE
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_ca
            # Location of the client key for etcd.
            - name: ETCD_KEY_FILE
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_key
            # Location of the client certificate for etcd.
            - name: ETCD_CERT_FILE
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_cert
            # Auto-detect the BGP IP address.
            - name: IP
              value: ""
          securityContext:
            privileged: true
          resources:
            requests:
              cpu: 250m
          volumeMounts:
            - mountPath: /lib/modules
              name: lib-modules
              readOnly: true
            - mountPath: /var/run/calico
              name: var-run-calico
              readOnly: false
            - mountPath: /calico-secrets
              name: etcd-certs
        # This container installs the Calico CNI binaries
        # and CNI network config file on each node.
        - name: install-cni
          image: quay.io/calico/cni:v1.8.0
          command: ["/install-cni.sh"]
          env:
            # The location of the Calico etcd cluster.
            - name: ETCD_ENDPOINTS
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_endpoints
            # The CNI network config to install on each node.
            - name: CNI_NETWORK_CONFIG
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: cni_network_config
          volumeMounts:
            - mountPath: /host/opt/cni/bin
              name: cni-bin-dir
            - mountPath: /host/etc/cni/net.d
              name: cni-net-dir
            - mountPath: /calico-secrets
              name: etcd-certs
      volumes:
        # Used by calico/node.
        - name: lib-modules
          hostPath:
            path: /lib/modules
        - name: var-run-calico
          hostPath:
            path: /var/run/calico
        # Used to install CNI.
        - name: cni-bin-dir
          hostPath:
            path: /opt/cni/bin
        - name: cni-net-dir
          hostPath:
            path: /etc/cni/net.d
        # Mount in the etcd TLS secrets.
        - name: etcd-certs
          secret:
            secretName: calico-etcd-secrets

该Pod中包括如下两个容器：
calico-node：Calico服务程序，用于设置Pod的网络资源，保证Pod的网络与各Node互联互通，它还需要以hostNetwork模式运行，直接使用宿主机网络。
install-cni：在各Node上安装CNI二进制文件到/opt/cni/bin目录下，并安装相应的网络配置文件到/etc/cni/net.d目录下。
calico-node服务的主要参数如下：
CALICO_IPV4POOL_CIDR：Calico IPAM的IP地址池，Pod的IP地址将从该池中进行分配。
CALICO_IPV4POOL_IPIP：是否启用IPIP模式。启用IPIP模式时，Calico将在Node上创建一个名为"tunl0"的虚拟隧道。
FELIX_IPV6SUPPORT：是否启用IPV6。
FELIX_LOGSEVERITYSCREEN：日志级别。
IP Pool可以使用两种模式：BGP或IPIP模式。
使用IPIP模式时，设置CALICO_IPV4POOL_IPIP=“always”，不使用IPIP模式时，设置CALICO_IPV4POOL_IPIP="off"，此时将使用BGP模式。

IPIP是一种将各Node的路由之间做一个tunnel，再把两个网络连接起来的模式。启用IPIP模式时，Calico将在各Node上创建一个名为"tunl0"的虚拟网络接口。如下图所示。

BGP模式则直接使用物理机作为虚拟路由路（vRouter），不再创建额外的tunnel。

（4）calico-policy-controller容器
用于对接k8s集群中为Pod设置的Network Policy。
# This manifest deploys the Calico policy controller on Kubernetes.
# See https://github.com/projectcalico/k8s-policy
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: calico-policy-controller
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: calico-policy
  annotations:
    scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ''
    scheduler.alpha.kubernetes.io/tolerations: |
      [{"key": "dedicated", "value": "master", "effect": "NoSchedule" },
       {"key":"CriticalAddonsOnly", "operator":"Exists"}]
spec:
  # The policy controller can only have a single active instance.
  replicas: 1
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      name: calico-policy-controller
      namespace: kube-system
      labels:
        k8s-app: calico-policy
    spec:
      # The policy controller must run in the host network namespace so that
      # it isn't governed by policy that would prevent it from working.
      hostNetwork: true
      containers:
        - name: calico-policy-controller
          image: quay.io/calico/kube-policy-controller:v0.5.4
          env:
            # The location of the Calico etcd cluster.
            - name: ETCD_ENDPOINTS
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_endpoints
            # Location of the CA certificate for etcd.
            - name: ETCD_CA_CERT_FILE
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_ca
            # Location of the client key for etcd.
            - name: ETCD_KEY_FILE
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_key
            # Location of the client certificate for etcd.
            - name: ETCD_CERT_FILE
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: calico-config
                  key: etcd_cert
            # The location of the Kubernetes API.  Use the default Kubernetes
            # service for API access.
            - name: K8S_API
              value: "https://kubernetes.default:443"
            # Since we're running in the host namespace and might not have KubeDNS
            # access, configure the container's /etc/hosts to resolve
            # kubernetes.default to the correct service clusterIP.
            - name: CONFIGURE_ETC_HOSTS
              value: "true"
          volumeMounts:
            # Mount in the etcd TLS secrets.
            - mountPath: /calico-secrets
              name: etcd-certs
      volumes:
        # Mount in the etcd TLS secrets.
        - name: etcd-certs
          secret:
            secretName: calico-etcd-secrets

用户在k8s集群中设置了Pod的Network Policy之后，calico-policy-controller就会自动通知各个Node上的calico-node服务，在宿主机上设置相应的iptables规则，完成Pod间网络访问策略的设置。

做好以上配置文件的准备工作后，就可以开始创建Calico的各资源对象了。
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f calico.yaml
configmap "calico-config" created
secret "calico-etcd-secrets" created
daemonset "calico-node" created
deployment "calico-policy-controller" created
[root@k8s-master ~]#
确保各服务正确运行：
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods --namespace=kube-system -o wide
NAME                                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP         NODE
calico-node-59n9j                           2/2       Running   1          9h        10.0.2.5   10.0.2.5
calico-node-cksq5                           2/2       Running   1          9h        10.0.2.4   10.0.2.4
calico-policy-controller-54dbfcd7c7-ctxzz   1/1       Running   0          9h        10.0.2.5   10.0.2.5
[root@k8s-master ~]#

[root@k8s-master ~]# kubectl get rs --namespace=kube-system
NAME                                  DESIRED   CURRENT   READY     AGE
calico-policy-controller-54dbfcd7c7   1         1         1         9h
[root@k8s-master ~]#
[root@k8s-master ~]# kubectl get deployment --namespace=kube-system
NAME                       DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
calico-policy-controller   1         1         1            1           9h
[root@k8s-master ~]# kubectl get secret --namespace=kube-system
NAME                  TYPE      DATA      AGE
calico-etcd-secrets   Opaque    0         9h
[root@k8s-master ~]# kubectl get configmap --namespace=kube-system
NAME            DATA      AGE
calico-config   6         9h
[root@k8s-master ~]#

我们看下Node1上：
[root@k8s-node1 ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                                      COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
dd431155ed2d        quay.io/calico/cni                         "/install-cni.sh"   8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_install-cni_calico-node-cksq5_kube-system_e3ed0d80-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_0
e7f20b684fc2        quay.io/calico/node                        "start_runit"       8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_calico-node_calico-node-cksq5_kube-system_e3ed0d80-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_1
1c9010e4b661        gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0   "/pause"            8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_POD_calico-node-cksq5_kube-system_e3ed0d80-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_1
[root@k8s-node1 ~]#
[root@k8s-node1 ~]# docker images
REPOSITORY                             TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
cloudnil/pause-amd64                   3.0                 66c684b679d2        11 months ago       747kB
gcr.io/google_containers/pause-amd64   3.0                 66c684b679d2        11 months ago       747kB
quay.io/calico/cni                     v1.8.0              8de7b24bd7ec        13 months ago       67MB
quay.io/calico/node                    v1.1.3              573ddcad1ff5        13 months ago       217MB
kubeguide/guestbook-php-frontend       latest              47ee16830e89        23 months ago       510MB
Node2上多出一个Pod：calico-policy-controller
[root@k8s-node2 ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                                      COMMAND              CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
ff4dbcd77892        quay.io/calico/kube-policy-controller      "/dist/controller"   8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_calico-policy-controller_calico-policy-controller-54dbfcd7c7-ctxzz_kube-system_e3f067be-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_0
60439cfbde00        quay.io/calico/cni                         "/install-cni.sh"    8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_install-cni_calico-node-59n9j_kube-system_e3efa53c-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_1
c55f279ef3c1        quay.io/calico/node                        "start_runit"        8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_calico-node_calico-node-59n9j_kube-system_e3efa53c-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_0
17d08ed5fd86        gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0   "/pause"             8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_POD_calico-node-59n9j_kube-system_e3efa53c-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_1
aa85ee06190f        gcr.io/google_containers/pause-amd64:3.0   "/pause"             8 hours ago         Up 8 hours                              k8s_POD_calico-policy-controller-54dbfcd7c7-ctxzz_kube-system_e3f067be-6fe9-11e8-8a4a-080027800835_0
[root@k8s-node2 ~]#
[root@k8s-node2 ~]#
[root@k8s-node2 ~]# docker images
REPOSITORY                              TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
cloudnil/pause-amd64                    3.0                 66c684b679d2        11 months ago       747kB
gcr.io/google_containers/pause-amd64    3.0                 66c684b679d2        11 months ago       747kB
quay.io/calico/cni                      v1.8.0              8de7b24bd7ec        13 months ago       67MB
quay.io/calico/node                     v1.1.3              573ddcad1ff5        13 months ago       217MB
quay.io/calico/kube-policy-controller   v0.5.4              ac66b6e8f19e        14 months ago       22.6MB
kubeguide/guestbook-php-frontend        latest              47ee16830e89        23 months ago       510MB
georce/router                           latest              f3074d9a8369        3 years ago         190MB
[root@k8s-node2 ~]#

calico-node在正常运行之后，会根据CNI规范，在/etc/cni/net.d/目录下生成如下文件和目录，并在/opt/cni/bin目录下安装二进制文件calico和calico-ipam，供kubelet调用。
10-calico.conf：符合CNI规范的网络配置，其中type=calico表示该插件的二进制文件名为calico。
calico-kubeconfig：Calico所需的kubeconfig文件。
calico-tls目录：以TLS方式连接etcd的相关文件。

[root@k8s-node1 ~]# cd /etc/cni/net.d/
[root@k8s-node1 net.d]# ls
10-calico.conf  calico-kubeconfig  calico-tls
[root@k8s-node1 net.d]#
[root@k8s-node1 net.d]# ls /opt/cni/bin
calico  calico-ipam  flannel  host-local  loopback
[root@k8s-node1 net.d]#

查看k8s node1服务器的网络接口设置，可以看到一个新的名为"tunl0"的接口，并设置了网络地址为192.168.196.128
[root@k8s-node1 net.d]# ifconfig tunl0
tunl0: flags=193  mtu 1440
        inet 192.168.196.128  netmask 255.255.255.255
        tunnel   txqueuelen 1000  (IPIP Tunnel)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

查看k8s node2服务器的网络接口设置，可以看到一个新的名为"tunl0"的接口，并设置了网络地址为192.168.19.192
[root@k8s-node2 ~]# ifconfig tunl0
tunl0: flags=193  mtu 1440
        inet 192.168.19.192  netmask 255.255.255.255
        tunnel   txqueuelen 1000  (IPIP Tunnel)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
这两个子网都是从calico-node的IP地址池192.168.0.0/16中进行分配的。同时，docker0对于k8s设置Pod的IP地址将不再起作用。

查看两台主机的路由表。可以看到node1服务器上有一条到node2的私网192.168.19.192的路由转发规则：
[root@k8s-node1 net.d]# ip route
default via 10.0.2.1 dev enp0s3 proto dhcp metric 100
10.0.2.0/24 dev enp0s3 proto kernel scope link src 10.0.2.4 metric 100
172.16.10.0/24 dev docker0 proto kernel scope link src 172.16.10.1
192.168.19.192/26 via 10.0.2.5 dev tunl0 proto bird onlink
blackhole 192.168.196.128/26 proto bird
[root@k8s-node1 net.d]#

然后查看node2服务器的路由表，也可以看到有一条到node1私网192.168.196.128的路由转发规则：
[root@k8s-node2 ~]# ip route
default via 10.0.2.1 dev enp0s3 proto dhcp metric 100
10.0.2.0/24 dev enp0s3 proto kernel scope link src 10.0.2.5 metric 100
172.16.20.0/24 dev docker0 proto kernel scope link src 172.16.20.1
blackhole 192.168.19.192/26 proto bird
192.168.196.128/26 via 10.0.2.4 dev tunl0 proto bird onlink

这样通过Calico就完成了Node间容器网络的设置。在后续的Pod创建过程中，kubelet将通过CNI接口调用Calico进行Pod网络的设置，包括IP地址、路由规则、iptables规则等。

如果设置CALICO_IPV4POOL_IPIP="off"，即不使用IPIP模式，则Calico将不会创建tunl0网络接口，路由规则直接使用物理机网卡作为路由器进行转发。

4.3 使用网络策略实现Pod间的访问策略
Calico支持设置Pod间的访问策略，基本原理如下图所示。

下面以一个提供服务的Nginx Pod为例，为两个客户端Pod设置不同的网络访问权限，允许包含Label "role=nginxclient"的Pod访问Nginx容器，无此Label的其他容器则拒绝访问。
步骤1：
首先为需要设置网络隔离的Namespace进行标注，本例中的所有Pod都在Namespace default中，故对其进行默认网络隔离的设置：
# kubectl annotate ns default
"net.beta.kubernetes.io/network-policy={\"ingress\": {\"isolation\": \"DefaultDeny\"}}"
设置完成后，default内的各Pod之间的网络就无法连通了。

步骤2：创建Nginx Pod，并添加Label "app=nginx"
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  name: nginx
  image: nginx

步骤3：为Nginx设置准入访问 策略
networkpolicy-allow-nginxclient.yaml
kind: NetworkPolicy
apiVersion: extension/v1beta1
metadata:
  name: allow-nginxclient
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: nginx
  ingress:
    - from:
      - podSelector:
          matchLabels:
            role: nginxclient
      ports:
      - protocol: TCP
        port: 80

目标Pod应包含Label "app=nginx"，允许访问的客户端Pod包含Label "role=nginxclient"，并允许客户端访问mysql容器的80端口。

创建该NetworkPolicy资源对象：
# kubectl create -f networkpolicy-allow-nginxclient.yaml

步骤4：创建两个客户端Pod，一个包含Label "role=nginxclient"，另一个无此Label。分别进入各Pod，访问Nginx容器，验证网络策略的效果。
client1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: client1
  labels:
    role: nginxclient
spec:
  containers:
  - name: client1
    image: busybox
    command: [ "sleep", "3600" ]

client2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: client2
spec:
  containers:
  - name: client2
    image: busybox
    command: [ "sleep", "3600" ]

创建以上两个Pods，并进入每个容器中进行服务访问的验证。

上面例子中的网络策略是由calico-policy-controller具体实现的，calico-poliey-controller持续监听k8s中NetworkPolicy的定义，与各Pod通过Label进行关联，将允许访问或拒绝访问的策略通知到各calico-node服务。
最终calico-node完成对Pod间网络访问的设置，实现应用的网络隔离。

参考资料：

https://blog.csdn.net/watermelonbig/article/details/80720378
http://cizixs.com/2017/10/19/docker-calico-network

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