Kubernetes的网络

1.K8S 中 Pod 网络通信：

Pod 内容器与容器之间的通信在同一个 Pod 内的容器（Pod 内的容器是不会跨宿主机的）共享同一个网络命令空间，相当于它们在同一台机器上一样，可以用 localhost 地址访问彼此的端口。

同一个 Node 内 Pod 之间的通信每个 Pod 都有一个真实的全局 IP 地址，同一个 Node 内的不同 Pod 之间可以直接采用对方 Pod 的 IP 地址进行通信，Pod1 与 Pod2 都是通过 Veth 连接到同一个 docker0 网桥，网段相同，所以它们之间可以直接通信。

不同 Node 上 Pod 之间的通信 Pod 地址与 docker0 在同一网段，docker0 网段与宿主机网卡是两个不同的网段，且不同 Node 之间的通信只能通过宿主机的物理网卡进行。要想实现不同 Node 上 Pod 之间的通信，就必须想办法通过主机的物理网卡 IP 地址进行寻址和通信。因此要满足两个条件：Pod 的 IP 不能冲突；将 Pod 的 IP 和所在的 Node 的 IP 关联起来，通过这个关联让不同 Node 上 Pod 之间直接通过内网 IP 地址通信。

Overlay Network：

叠加网络，在二层或者三层基础网络上叠加的一种虚拟网络技术模式，该网络中的主机通过虚拟链路隧道连接起来（类似于VPN）。

VXLAN：

vxlan 是一种overlay（虚拟隧道通信）技术，通过三层网络搭建虚拟的二层网络，跟 udp 模式具体实现不太一样:

udp模式是在用户态实现的，数据会先经过tun网卡，到应用程序，应用程序再做隧道封装，再进一次内核协议栈，而vxlan是在内核当中实现的，只经过一次协议栈，在协议栈内就把vxlan包组装好
udp模式的tun网卡是三层转发，使用tun是在物理网络之上构建三层网络，属于ip in udp，vxlan模式是二层实现， overlay是二层帧，属于mac in udp
vxlan由于采用mac in udp的方式，所以实现起来会涉及mac地址学习，arp广播等二层知识，udp模式主要关注路由

将源数据包封装到UDP中，并使用基础网络的IP/MAC作为外层报文头进行封装，然后在以太网上传输，到达目的地后由隧道端点解封装并将数据发送给目标地址。

2.Flannel

2.1 Flannel的功能

Flannel 的功能是让集群中的不同节点主机创建的 Docker 容器都具有全集群唯一的虚拟 IP 地址。 Flannel 是 Overlay 网络的一种，也是将 TCP 源数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前支持 udp、vxlan、 host-GW 3种数据转发方式。

2.2 Flannel udp 模式的工作原理

数据从 node01 上 Pod 的源容器中发出后，经由所在主机的 docker0 虚拟网卡转发到 flannel.1 虚拟网卡，flanneld 服务监听在 flannel.1 虚拟网卡的另外一端。 Flannel 通过 Etcd 服务维护了一张节点间的路由表。源主机 node01 的 flanneld 服务将原本的数据内容封装到 UDP 中后根据自己的路由表通过物理网卡投递给目的节点 node02 的 flanneld 服务，数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的 flannel.1 虚拟网卡，之后被转发到目的主机的 docker0 虚拟网卡，最后就像本机容器通信一样由 docker0 转发到目标容器。

由于 udp 模式是在用户态做转发，会多一次报文隧道封装，因此性能上会比在内核态做转发的 vxlan 模式差。

存储管理Flannel可分配的IP地址段资源监控 ETCD 中每个 Pod 的实际地址，并在内存中建立维护 Pod 节点路由表

2.3 Flannel vxlan 模式的工作原理

vxlan在内核当中实现，当数据包使用vxlan设备发送数据时，会打上vlxan的头部信息，在发送出去，对端解包，flannel.1网卡把原始报文发送到目的服务器。

2.4.部署Flannel

1.在node01节点上操作，上传 cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 和 flannel.tar 到 /opt 目录中

cd /opt/
docker load -i flannel.tar

docker load -i flannel-cni-plugin.tar

2.创建工作目录并解压cni安装包到指定位置

mkdir /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

3.将我们的脚本文件和cni文件传送给我们的node02文件

scp *.tar node02:`pwd`

cd /opt

scp -r cni/ node02:/opt

4.在node02节点上操作上传我们的flannel镜像

cd /opt/k8s/

for i in `ls *.tar`
> do
> docker load -i $i
> done

5.在 master01 节点上操作，上传 kube-flannel.yml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CNI 网络

cd /opt/k8s
kubectl apply -f kube-flannel.yml

4.查看cni网络状态是否配置好了

kubectl get pods -n A

kubectl get nodes

5.在master01上创建一些pods进行测试

kubectl create deployment lzq-11 --image=nginx:latest --port=80 --replicas=3

kubectl get pods -o wide

6.去到这些pods上所对应的node节点

docker exec -it ce2f1a8aafb8 bash

7.安装ping软件进行测试，进行ping测试

apt-get update

apt-get install -y inetutils-ping

 ping 10.244.0.5

3.Calico k8s网络插件

3.1 calico方案

Calico不使用隧道或NAT来实现转发，而是把Host当作Internet中的路由器，使用BGP同步路由，并使用iptables来做安全访问策略，完成跨Host转发来。

3.2 calico的组成

Calico CNI插件：主要负责与kubernetes对接，供kubelet调用使用。
Felix：负责维护宿主机上的路由规则、FIB转发信息库等。
BIRD：负责分发路由规则，类似路由器。
Confd：配置管理组件。

3.3 Calico 工作原理

Calico 是通过路由表来维护每个 pod 的通信。Calico 的 CNI 插件会为每个容器设置一个 veth pair 设备，然后把另一端接入到宿主机网络空间，由于没有网桥，CNI 插件还需要在宿主机上为每个容器的 veth pair 设备配置一条路由规则，用于接收传入的IP包。有了这样的 veth pair 设备以后，容器发出的IP包就会通过 veth pair 设备到达宿主机，然后宿主机根据路由规则的下一跳地址，发送给正确的网关，然后到达目标宿主机，再到达目标容器。这些路由规则都是 Felix 维护配置的，而路由信息则是 Calico BIRD 组件基于 BGP 分发而来。calico 实际上是将集群里所有的节点都当做边界路由器来处理，他们一起组成了一个全互联的网络，彼此之间通过 BGP 交换路由，这些节点我们叫做 BGP Peer。

3.4 flannel与calico之间的对比

目前比较常用的时flannel和calico，flannel的功能比较简单，不具备复杂的网络策略配置能力， calico是比较出色的网络管理插件，但具备复杂网络配置能力的同时，往往意味着本身的配置比较复杂，所以相对而言，比较小而简单的集群使用flannel，考虑到日后扩容，未来网络可能需要加入更多设备，配置更多网络策略，则使用calico更好。

3.5 部署calico

1.在 master01 节点上操作，上传 calico.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CNI 网络

cd /opt/k8s
vim calico.yaml
#修改里面定义Pod网络（CALICO_IPV4POOL_CIDR），与前面kube-controller-manager配置文件指定的cluster-cidr网段一样

2.安装calico

cd /opt/k8s

kubectl apply -f calico.yaml

3.使用命令来验证是否生效

kubectl get pods -n -A

kubectl get nodes

4.部署 CoreDNS

1.在所有node节点上操作，上传 coredns.tar 到 /opt 目录中

cd /opt/k8s
docker load -i coredns.tar

2.在 master01 节点上操作，上传 coredns.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CoreDNS

cd /opt/k8s
kubectl apply -f coredns.yaml

3.使用命令检查

kubectl get pods -n kube-system

4.我们创建一个域名

kubectl expose deployment myapp-ky31 --port=80 --target-port=80

kubectl get svc

5.进入到我们其中一个pod容器

kubectl exec -it dns-test sh
#拒绝登录时用这个命令添加权限
kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous

nslookup kubernetes

nslookup myapp-ky31