k8s网络基础

1. CNM模型

DOCKER公司提出，主要通过如下三个组件实现：

1.1 Network Sandbox

• 作用： 容器内部网络栈，包括网络接口、路由表、DNS等配置的管理。
• 实现：可用 linux网络命名空间、FreeBSD Jail等机制实现
• 说明：一个Sandbox可以包含多个Endpoint。

1.2 Endpoint

• 作用：用于将容器内部Sandbox与外部网络相连的网络接口。
• 实现：可用veth对、Open vSwitch内部port等技术实现。
• 说明：一个Endpoint仅可加入一个Network

1.3 Network

• 作用：可以直接相互连接的Endpoint的集合。
• 实现：可用linux网桥、VLAN等技术实现。
• 说明：一个Network包含多个Endpoint

2. CNI模型

由CoreOS公司提出的一种容器网络规范。被kubernetes等项目采纳。
其对容器网络的设置和操作都通过插件完成，有如下两种类型：

2.1 CNI Plugin

作用：负责为容器配置网络资源。

包括如下3个基本接口的定义：

• ADD：将容器添加到某个网络
• DELETE：容器销毁时将容器从某个网络中删除
• CHECK：检查容器网络是否正确
• VERSION：查询网络插件支持的CNI规范版本号

2.2 IPAM Plugin

作用：负责对容器的IP地址进行分配和管理。如：为容器分配IP、网关、路由、DNS。

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下边介绍集中常用的网络组件

3. Flannel

3.1 实现原理

1） 协助kubernetes，给每个node上的容器分配互不冲突的IP地址
2）建立一个覆盖网络（Overlay Network），通过该网络将数据原封不动的传给目标容器。

3.2 网络架构

image.png

• flannel0的网桥一端谅解docker0，一端连接flanneld 服务进程

• flanneld进程连接etcd
  利用etcd管理可分配的IP地址网段资源
  监控etcd中每个Pod的实际地址，并在内存中建立一个Pod节点的路由表

• flanneld进程下连docker0和物理网络
  使用内存中的Pod路由表，将docker0发来的数据包包装起来，利用物理网络投递到目标flanneld上。
  目标flanneld解包，发送给docker0（因此daocker0得到的是原始数据）

4. calico-BGP模式

4.1 实现原理

一个基于BGP的纯三层网络方案
在每个计算节点上由一个vRouter 来负责转发，每个vRouter通过BGP1协议把本节点上运行的容器路由信息向整个Calico网络广播，并自动设置到达其他节点的路由转发规则

4.2网络架构

image.png

4.3 calico 组件

• Felix：
  是一个Calico Agent，运行在每个node上，负责为容器设置网络资源（如IP地址、路由规则、iptables规则等），保证跨主机容器网络互通

• etcd：后端存储

• BGP Client
  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

• Route Reflector：
  通过一个或多个BGP Reflector 来完成大规模集群的分级路由分发

• CalicoCtl
  Calico的命令行管理工具。

4.4 IP Pool 的两种模式

• IPIP模式
  将各Node的路由之间做一个tunnel，再把两个网络连接起来。如图所示：

image.png

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

• 设置方法
  calico-node的容器中变量设置为：
  ipip模式： CALICO_IPV4POOL_IPIP="always"
  BGP模式： CALICO_IPV4POOL_IPIP="off"

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