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本文是《深入剖析 K8s》的学习笔记#xff0c;相关图片和案例可从https://github.com/WeiXiao-Hyy/k8s_example中获取#xff0c;欢迎 ⭐️!
上篇主要介绍了 Flannel 插件为例#xff0c;讲解了 K8s 里容器网络和 CNI 插件的主要工作原理。还有一种“纯三层”的网络方…引言
本文是《深入剖析 K8s》的学习笔记相关图片和案例可从https://github.com/WeiXiao-Hyy/k8s_example中获取欢迎 ⭐️!
上篇主要介绍了 Flannel 插件为例讲解了 K8s 里容器网络和 CNI 插件的主要工作原理。还有一种“纯三层”的网络方案值得注意。即 Flannel 的 host-gw 模式和 Calico 项目。
Flannel 的 host-gw 模式
原理图如下: flannel 使用 host-gw 模式之后会在宿主机创建一条规则
10.244.0.1/24 via 10.168.0.3 dev eth0目的 IP 地址属于 10.244.1.0/24 网段的 IP 经过本机的 eth0 发出(dev eth0)并且下一跳的地址是 10.168.0.3(via 10.168.0.3)。
一旦配置了下一跳地址那么 IP 包从网络曾进入链路层封装成帧时eth0 设备就会使用下一跳的 MAC 地址。这样这个数据帧就会从 Node1 通过宿主机的二层网络顺序到达 Node2 上。
根据 Node2 上的路由表该目的地址会匹配到第二条路由规则(10.244.1.0/24)。
这台“主机”充当了这条容器通信路径的网关(host-gw)。 说明 host-gw 模式能够正常工作的核心在于 IP 包在封装成帧发送出去会使用路由表中的下一跳来设置目的 MAC 地址。要求集群宿主机之间是二层连通的。
Calico 项目
Calico 项目提供的网络解决方案与 Flannel 的 host-gw 几乎完全一样。也会为宿主机添加一条格式如下的路由规则。
目的容器IP地址 via 网关的IP地址 dev eth0不同与 Flannel 通过 etcd 和宿主机上的 flanneld 来维护路由信息Calico 项目则使用来 BGP(border gateway protocol边界网关协议)
BGP 是大规模网络中实现节点路由信息共享的一种协议。BGP 协议详解链接https://cloud.tencent.com/developer/article/1922673 Calico 项目架构组成 Calico 的 CNI 插件这是 Calico 与 K8s 对接的部分Felix是一个 DaemonSet负责在宿主机上插入路由规则BIRD是 BGP 的客户端专门负责在集群里分发路由规则信息
Calico 原理图如下所示 由于 Calico 没有使用 CNI 的网桥模式因此 Calico 的 CNI 插件还需要在宿主机上为每一个容器的 Veth Pair 设备配置一条路由规则用于接收传入的 IP 包。
10.233.2.3 dev cali5863f3 scope link发送 10.233.2.3 的 IP 包应该进入 cali5863f3 设备中。
Calico 的 Felix 进程负责维护下一跳路由规则。 注意 Calico 实际上将集群里的所有节点都当作边界路由器来处理共同组成了一个全连通的网络(Node-to-Node Mesh)。但是随着节点 N 的增加这些连接的数量就会以 N 2 N^2 N2的规模快速增长从而给集群的网络带来压力。
一般推荐 Node-to-Node Mesh 用于节点少于 100 个的集群里。而在更大规模的集群里使用 Route Reflector 模式。
Route Reflector 模式会指定一个或者几个专门的节点来负责跟所有节点建立 BGP 连接从而学习全局的路由规则。实际上是扮演了“中间代理”的角色。 Calico-考虑两台处于不同子网的宿主机 Node1 和 Node2 同样是 container1 请求 container4Calico-IPIP 工作原理图如下 Calico 会在 Node1 上添加一条路由规则
10.233.2.0/16 via 192.158.2.2 eth0然而 Node1 和 Node2 不在一个子网里无法通过二层网络 IP 包发送到下一跳地址。 解决方案 在 Calico-IPIP 模式下Felix 进程在 Node1 上添加的路由规则会不同
10.233.2.0/24 via 192.168.2.2 tunl0使用的 tunl0 设备是一个 IP 隧道设备会将 IP 包添加一个外部 IP 报头。原理图如下
将宿主机网关也加入 BGP Mesh
由于宿主机属于不同子网(VLAN)成了更加常见的部署状态。为了避免使用IPIP方式的性能损耗将宿主机网关加入BGP Mesh成了迫切的需求。 方案一不推荐 所有宿主机跟宿主机建立 BGP Peer 关系
这种情况要求宿主机支持 Dynamic Neighbors 的 BGP 配置方式。考虑到宿主机数量成百上千。Dynamic Neigbors 允许给路由器配置一个网段路由器自动和跟该网段的主机建立 BGP Peer 关系避免手动管理路由器。 方案二推荐 使用一个或者多个独立组件负责搜集整个集群里的所有路由信息然后使用 BGP 协议同步给网关。
只需要 WATCH ETCD 里的宿主机和对应网段的变化信息然后把这些信息通过 BGP 协议分发给网关即可。
参考资料
https://book.douban.com/subject/35424872/https://cloud.tencent.com/developer/article/1922673
