kubernetes的网络模型指北

关于Kubernetes的网络模型，需要具备一些二三层网络交换的基本知识。比如mac地址，ip地址，arp表，路由表等。那kubernetes内部容器间的网络通信也离不开这些基本的原理，只不过这个时候的个体不再是物理机实体，而是一个个的容器(container)，在逻辑层可以说是pod间通信，本质上是不通namespace间的网络通信。

kubernetes在发展的过程中，网络功能一直都是由coreOS参与，其中Flannel就是CoreOS的网络解决方案，在15年的时候，社区才有Calico和Weave冒出来，可以说基本解决了网络问题。所以Kubernetes官方就没有自己亲历亲为去做这个事情，毕竟kubernetes是google的开源项目，如果什么都靠自己去做，也会消耗自己更多的成本。这个时候kubernetes推出了CNI，来做网络插件的标准化。可能这样也更符合开源产品的发展模式。

所以有了以上背景，我们学习k8s的网络模式，有2个CNI组件是绕不过的，一个是Flannel，一个就是Calico。

namespace间网络通信，需要解决几个场景的通信问题：

• 同一个宿主机下的不同namespace通信；
• 跨宿主机的不通namespace通信问题。

首先来看Flannel的通信模式，按照时间线（timeline）来分，经历了如下过程：
1、Flannel UDP; 这种模式提供了一个三层的Overlay网络，对发出端的IP包进行UDP封装（Encapsulation
），通过查找本地的路由表进行转发，然后接收端开始解包（Decapsulation）.
该模式的缺点：用户态内核态切换过于频繁，导致性能低下。

2、VXLAN；
该模式下，所有出去的数据包都必须经过flannel.1 这个VTEP设备，数据包的内部封装目的VTEP设备的mac 地址 和 目的容器的IP地址，依赖flannel.1 虚拟设备（每个node节点都有），经历container--->docker0--->flannel.1--->eth0

以上2种模式下，容器都是连接在docker0网桥上，而网络插件（CNI）都是在宿主机上创建一个特殊的设备（UDP模式下创建的是TUN设备，VXLAN模式创建的是VTEP设备），docker0和这个设备之间，通过IP转发进行写作。

3、host-gw; --->Pure Layer3
host-gw模式是一个纯三层的网络解决方案，它的工作原理，就是讲每个Flannel子网（Flannel Subnet）的下一条设置成该子网对应的宿主机的IP地址，宿主机充当一个“网关”的角色。
这个时候就有路由的概念了，属于三层的内容，不过Flannel子网和主机的信息都保存在etcd中，flanneld只需要watch 数据的变化，就可以完成实时更新路由表。下图是host-gw模式下的数据流向，

Flannel host-gw示意图

以上内容对kubernetes Flannel网络模型做了个简要的介绍，就当是对kubernetes的网络有了个基本的认识。