写点什么

深入浅出 Kubernetes 理论篇 (二):网络详解

  • 2020-03-30
  • 本文字数:2402 字

    阅读完需:约 8 分钟

深入浅出Kubernetes 理论篇 (二):网络详解

简介:阿里云 Kubernetes 集群网络目前有两种方案,一种是 flannel 方案,另外一种是基于 calico 和弹性网卡 eni 的 terway 方案。Terway 和 flannel 类似,不同的地方在于,terway 支持 Pod 弹性网卡,以及 NetworkPolicy 功能。


阿里云 Kubernetes 集群网络目前有两种方案,一种是 flannel 方案,另外一种是基于 calico 和弹性网卡 eni 的 terway 方案。Terway 和 flannel 类似,不同的地方在于,terway 支持 Pod 弹性网卡,以及 NetworkPolicy 功能。


今天这篇文章,我们以 flannel 为例,深入分析阿里云 Kubernetes 集群网络的实现方法。我会从两个角度去分析,一个是网络的搭建过程,另外一个是基于网络的通信。我们的讨论基于当前的 1.12.6 版本。

鸟瞰

总体上来说,阿里云 Kubernetes 集群网络配置完成之后,如下图,包括集群 CIDR,VPC 路由表,节点网络,节点的 podCIDR,节点上的虚拟网桥 cni0,连接 Pod 和网桥的 veth 等部分。



类似的图,大家可能在很多文章中都看过,但是因为其中相关配置过于复杂,比较难理解。这里我们可以把这些配置,分三种情况来理解:集群配置,节点配置以及 Pod 配置。与这三种情况对应的,其实是对集群网络 IP 段的三次划分:首先是集群 CIDR,接着为每个节点分配 podCIDR(即集群 CIDR 的子网段),最后在 podCIDR 里为每个 Pod 分配自己的 IP。


集群网络搭建

初始阶段

集群的创建,基于云资源 VPC 和 ECS,在创建完 VPC 和 ECS 之后,我们基本上可以得到如下图的资源配置。我们得到一个 VPC,这个 VPC 的网段是 192.168.0.0/16,我们得到若干 ECS,他们从 VPC 网段里分配到 IP 地址。


集群阶段

在以上出初始资源的基础上,我们利用集群创建控制台得到集群 CIDR。这个值会以参数的形式传给集群节点 provision 脚本,并被脚本传给集群节点配置工具 kubeadm。kubeadm 最后把这个参数写入集群控制器静态 Pod 的 yaml 文件 kube-controller-manager.yaml。



集群控制器有了这个参数,在节点 kubelet 注册节点到集群的时候,集群控制器会为每个注册节点,划分一个子网出来,即为每个节点分配 podCIDR。如上图,Node B 的子网是 172.16.8.1/25,而 Node A 的子网是 172.16.0.128/25。这个配置会记录到集群 node 的 podCIDR 数据项里。

节点阶段

经过以上集群阶段,Kubernetes 有了集群 CIDR,以及为每个节点划分的 podCIDR。在此基础上,集群会下发 flanneld 到每个阶段上,进一步搭建节点上,可以给 Pod 使用的网络框架。这里主要有两个操作,第一个是集群通过 Cloud Controller Manager 给 VPC 配置路由表项。路由表项对每个节点有一条。每一条的意思是,如果 VPC 路由收到目的地址是某一个节点 podCIDR 的 IP 地址,那么路由会把这个网络包转发到对应的 ECS 上。第二个是创建虚拟网桥 cni0,以及与 cni0 相关的路由。这些配置的作用是,从阶段外部进来的网络包,如果目的 IP 是 podCIDR,则会被节点转发到 cni0 虚拟局域网里。


注意:实际实现上,cni0 的创建,是在第一个使用 Pod 网络的 Pod 被调度到节点上的时候,由下一节中 flannal cni 创建的,但是从逻辑上来说,cni0 属于节点网络,不属于 Pod 网络,所以在此描述。


Pod 阶段

在前边的三个阶段,集群实际上已经为 Pod 之间搭建了网络通信的干道。这个时候,如果集群把一个 Pod 调度到节点上,kubelet 会通过 flannel cni 为这个 Pod 本身创建网络命名空间和 veth 设备,然后,把其中一个 veth 设备加入到 cni0 虚拟网桥里,并为 Pod 内的 veth 设备配置 ip 地址。这样 Pod 就和网络通信的干道连接在了一起。这里需要强调的是,前一节的 flanneld 和这一节的 flannel cni 完全是两个组件。flanneld 是一个 daemonset 下发到每个节点的 pod,它的作用是搭建网络(干道),而 flannel cni 是节点创建的时候,通过 kubernetes-cni 这个 rpm 包安装的 cni 插件,其被 kubelet 调用,用来为具体的 pod 创建网络(分枝)。


理解这两者的区别,有助于我们理解 flanneld 和 flannel cni 相关的配置文件的用途。比如/run/flannel/subnet.env,是 flanneld 创建的,为 flannel cni 提供输入的一个环境变量文件;又比如/etc/cni/net.d/10-flannel.conf,也是 flanneld pod(准确的说,是 pod 里的脚本 install-cni)从 pod 里拷贝到节点目录,给 flannel cni 使用的子网配置文件。


通信

以上完成 Pod 网络环境搭建。基于以上的网络环境,Pod 可以完成四种通信:本地通信,同节点 Pod 通信,跨节点 Pod 通信,以及 Pod 和 Pod 网络之外的实体通信。



其中本地通信,说的是 Pod 内部,不同容器之前通信。因为 Pod 内网容器之间共享一个网络协议栈,所以他们之间的通信,可以通过 loopback 设备完成。


同节点 Pod 之间的通信,是 cni0 虚拟网桥内部的通信,这相当于一个二层局域网内部设备通信。


跨节点 Pod 通信略微复杂一点,但也很直观,发送端数据包,通过 cni0 网桥的网关,流转到节点上,然后经过节点 eth0 发送给 VPC 路由。这里不会经过任何封包操作。当 VPC 路由收到数据包时,它通过查询路由表,确认数据包目的地,并把数据包发送给对应的 ECS 节点。而进去节点之后,因为 flanneld 在节点上创建了真的 cni0 的路由,所以数据包会被发送到目的地的 cni0 局域网,再到目的地 Pod。


最后一种情况,Pod 与非 Pod 网络的实体通信,需要经过节点上 iptables 规则做 snat,而此规则就是 flanneld 依据命令行–ip-masq 选项做的配置。

总结

以上是阿里云 Kubernetes 集群网络的搭建和通信原理。我们主要通过网络搭建和通信两个角度去分析 Kubernetes 集群网络。其中网络搭建包括初始阶段,集群阶段,节点阶段以及 Pod 阶段,这么分类有助于我们理解这些复杂的配置。而理解了各个配置,集群通信原理就比较容易理解了。


作者简介


罗建龙(花名声东),阿里云技术专家。多年操作系统和图形显卡驱动调试和开发经验。目前专注云原生领域,容器集群和服务网格。


相关阅读


深入浅出Kubernetes 理论篇 (一):理解控制器


2020-03-30 17:052709

评论

发布
暂无评论
发现更多内容

【荣耀开发者服务平台—百亿曝光扶持等你来】智慧服务快应用卡片接入指南(上)

荣耀开发者服务平台

JavaScript 前端 UI 安卓 honor

源码 | SpringBoot启动流程大揭秘

六月的雨在InfoQ

源码 springboot SpringBoot实战 9月月更 SpringBoot启动流程

NFT艺术品交易平台:有哪些功能?

开源直播系统源码

NFT 数字藏品 数字藏品软件

直播预告 | PolarDB-X 动手实践系列——PolarDB-X 数据导入导出功能

阿里云数据库开源

MySQL 数据库 阿里云 云原生 PolarDB-X

Qt | Qt中的一些使用在容器类上的算法

YOLO.

c++ qt 9月月更

MySQL系列——约束、存储引擎、事务

胖虎不秃头

MySQL 数据库· 9月月更

基于Hudi的湖仓一体技术在Shopee的实践

Shopee技术团队

Hudi LakeHouse 湖仓一体

字节跳动A/B实验背后的秘密:样本量计算

字节跳动数据平台

数据分析 前端 ab测试 统计原理

Qt | 关于容器类的一些总结

YOLO.

c++ qt 9月月更

LED显示屏是否可以实现智能化控制

Dylan

LED显示屏 户外LED显示屏 led显示屏厂家

测试平台解决了什么问题?

老张

测试平台

软件测试 | 测试开发 | 这些常用测试平台,你们公司在用的是哪些呢?

测吧(北京)科技有限公司

测试 bug

软件测试 | 测试开发 | AppCrawler 自动遍历测试实践(三):动手实操与常见问题汇总

测吧(北京)科技有限公司

软件测试 测试 软件测试和开发

一加现在属于OPPO吗 资深“加油”来解答

Geek_8a195c

字节跳动 DanceCC 工具链系列之Xcode LLDB耗时监控统计方案

字节跳动终端技术

ios xcode swift LLVM 客户端

数据可视化系列教程之组件通信

云智慧AIOps社区

前端 JavaScrip 可视化数据

Python 教程之数据分析(5)—— 使用 Python 进行数据分析和可视化 | 第 2 套

海拥(haiyong.site)

Python 9月月更

Qt | 关于对象树和元对象的相关问题

YOLO.

c++ qt 9月月更

iOS端如何实现带UI截屏分享

MobTech袤博科技

ios

MySQL系列——表的创建、插入、修改、删除数据

胖虎不秃头

MySQL 数据库 9月月更

博云 Kubernetes 开源榜单贡献度进入全球前十

BoCloud博云

云计算 开源 云原生

软件测试 | 测试开发 | 一文搞定 uiautomator2 自动化测试工具使用

测吧(北京)科技有限公司

测试 自动化测试

软件测试 | 测试开发 | 测试人员必须掌握的测试用例

测吧(北京)科技有限公司

测试 测试用例

Python 教程之数据分析(6)—— 数据分析的数学运算

海拥(haiyong.site)

Python 9月月更

广东省湛江市等保测评机构有几家?怎么做?

行云管家

等保 等级保护 等保测评 湛江

“数智化”时代 ,房企转型路径与挑战的一种技术思路

Speedoooo

小程序 前端开发 数字化转型 移动开发 小程序容器

高并发下的网络 IO 模型设计

C++后台开发

后台开发 reactor 高并发 epoll 网络io模型

博弈论(depu)与孙子兵法-02(46/100)

hackstoic

博弈论

软件测试 | 测试开发 | 测试工程师用 Shell 定位 Bug 的正确姿势

测吧(北京)科技有限公司

测试 bug

软件测试 | 测试开发 | 智能遍历测试在回归测试与健壮性测试的应用

测吧(北京)科技有限公司

软件测试 测试

深入浅出Kubernetes 理论篇 (二):网络详解_文化 & 方法_罗建龙(声东)_InfoQ精选文章