flannel之Vxlan原理
flannel之Vxlan原理
kubernetes网络通信
- 容器间的通信 pod内的容器通信（lo）
- Pod之间的通信 pod IP <-----> pod IP（flannel、calico）
- Pod与Service之间的通信 podIP <-----> ClusterIP（iptables、ipvs）
- Service与集群外部的通信 ClusterIP <-----> 集群外部
CNI插件：
- flannel
- calico
- canel
- kube-router
Flannel
Flannel本身是一个框架，真正提供网络功能是他的后端实现。目前支持三种后端实现：
- VXLAN
- host-gw
- UDP
从图里看每个宿主机都有一个flannel1的设备，就是VXLAN所需的VTEP设备（就是flannel1“用于VXLAN报文的封装和解封装”），它既有IP地址也有MAC地址。现在我们是container1 访问 container2，当container1发出请求后，这个目的的地址是10.244.1.3的IP包，会先出现在cni0网桥，然后被路由到本机flanner1设备上处理，也就是说，来到了“隧道”的出口。既目的宿主机的VTEP设备（就是flannel1 设备）。
当所有Node启动后，我们可以在Node1 上可以看到多个flannel1 网卡的路由信息，是因为flanneld启动后创建的。
[root@node-0 ~]# ifconfig
flannel.1: flags=4163 mtu 1450
inet 10.244.0.0 netmask 255.255.255.255 broadcast 0.0.0.0
ether 8a:bf:bf:7e:b7:f6 txqueuelen 0 (Ethernet)
RX packets 28929 bytes 1676230 (1.5 MiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 12085 bytes 42372533 (40.4 MiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
[root@node-0 ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
...
10.244.1.0 10.244.1.0 255.255.255.0 UG 0 0 0 flannel.1
.... 从上图看到10.244.1.0就是Node2的VTEP设备（flannel1）的IP地址，而这些VTEP设备之间通讯就需要想办法组成一个虚拟的二层网络，既：通过二层数据帧进行通信，而Node1上的VTEP设备收到原始报文后,就要想办法把原始报文加一个目的MAC地址，封装成二层数据帧，然后发送给目的VTEP设备。这里需要解决一个问题目的VTEP设备的MAC地址是什么？
根据路由表信息我们知道了目的VTEP设备的IP地址，而根据三层IP地址查询二层MAC地址正是ARP表的功能。而这里用ARP表的记录，也就是flanneld进程在Node2节点启动时，自动添加到Node1上的。如下：
[root@node-0 ~]# ip neigh show dev flannel.1
10.244.1.0 lladdr b2:ba:aa:a5:10:1a PERMANENT有了这个MAC地址linux内核就可以开始二层封装了，上面提到的MAC地址，对宿主机的二层网络没有任何意义，所以上述封装的数据帧不能在宿主机的二层网络里传输，为了方便概述，我们把上述数据帧称为内部数据帧。所以Linux内核还要把内部数据帧进一步封装成宿主机网络的一个普通数据帧，好让他载着内部数据帧，通过eth0网卡进行传输。这次封装我们称为外部数据帧，为了实现这个搭便车的机制，Linux内核在封装内部数据帧前面，加上特殊的VXLAN头，用来表示这个乘客实际上是VXLAN使用的数据帧。而这个VXLAN头里有一个重要的标志VNI，它是识别某个数据帧是不是应该归属自己处理的标志。而flannel中，VNI的值是1，这也是为什么宿主机的VTEP设备都叫做flannel1的原因。这个时候linux内核会把这数据帧封装一个UDP报文在转发出去。虽然node1的flannel1知道node2的flannel2的MAC地址，但是不知道node2MAC的地址，也就是UDP该发往那台主机，实际上flannel1还要扮演一个网桥的角色，在二层网络进行UDP转发，而在Linux内核里面，网桥设备进行转发的依据来自FDB的转发数据库。这个flannel网桥对应的FDB信息，就是flannel进程维护的，他的内容如下：
[root@node-0 ~]# bridge fdb show flannel.1 | grep b2:ba:aa:a5:10:1a
b2:ba:aa:a5:10:1a dev flannel.1 dst 172.16.138.41 self permanent我们可以看到发往的IP地址是172.16.138.41的主机，显然这台主机就是 Node2,UDP要转发的目的也找到了。接下来就是宿主机网络封包的过程了。
下面让我们来看看，当有一个EventAdded到来时，flanneld如何进行配置，以及封包是如何在flannel网络中流动的。
如上图所示，当主机B加入flannel网络时，它会将自己的subnet 10.1.16.0/24和Public IP 192.168.0.101写入etcd中，它还会将vtep设备flannel.1的mac地址也写入etcd中。
之后，主机A会得到EventAdded事件，并从中获取主机B添加至etcd的各种信息。这个时候，它会在本机上添加三条信息：
- 路由信息：所有通往目的地址10.1.16.0/24的封包都通过vtep设备flannel.1设备发出，发往的网关地址为10.1.16.0，即主机B中的flannel.1设备。
[root@node-0 ~]# ip route list
...
10.1.16.0/24 via 10.1.16.0 dev flannel.1 onlink
...- fdb信息：MAC地址为flannel的mac地址，发往10.1.16.0的数据包都将通过vxlan首先发往目的地址192.168.0.101，即主机B
[root@node-0 bin]# ip neigh show dev flannel.1
10.1.16.0 lladdr b2:ba:aa:a5:10:1a PERMANENT
[root@node-0 bin]# bridge fdb show flannel.1 | grep b2:ba:aa:a5:10:1a
b2:ba:aa:a5:10:1a dev flannel.1 dst 192.168.0.101 self permanent- arp信息：网关地址10.1.16.0的MAC地址为flannel的mac地址
[root@node-0 bin]# arp -v
Address HWtype HWaddress Flags Mask Iface
...
10.1.16.0 ether b2:ba:aa:a5:10:1a CM flannel.1
...参数说明：
- Network flannel使用CIDR格式（10.244.0.0/16）的网络地址，用于为pod的配置网络功能
- SubnetLen表示每个主机分配的subnet大小，我们可以在初始化时对其指定，否则使用默认配置。在默认配置的情况下SubnetLen配置为24（表示24位子网掩码）。
- SubnetMin是集群网络地址空间中最小的可分配的subnet，可以手动指定，否则默认配置为集群网络地址空间中第一个可分配的subnet。例如对于”10.1.0.0/16″，当SubnetLen为24时，第一个可分配的subnet为”10.1.1.0/24″。
- SubnetMax表示最大可分配的subnet，对于”10.1.0.0/16″，当subnetLen为24时，SubnetMax为”10.1.255.0/24″
- Backend.Type 为flannel指定使用的backend的类型，类型分三种：vxlan、host-gw、udp，如未指定，则默认为“vxlan”
- 注意：Backend为vxlan时，其中会存储vtep设备的mac地址至etcd中