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詳解Kubernetes 中容器跨主機(jī)網(wǎng)絡(luò)

 更新時(shí)間:2023年04月13日 15:42:16   作者:路由器沒(méi)有路  
這篇文章主要為大家介紹了Kubernetes中容器跨主機(jī)網(wǎng)絡(luò)是怎么樣的,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

前言

在云原生領(lǐng)域,Kubernetes 已經(jīng)成為了最主流的容器管理工具。Kubernetes 支持將容器部署到多個(gè)節(jié)點(diǎn)(即主機(jī))上,因此必須解決容器間跨主機(jī)通信的問(wèn)題。

本文將詳細(xì)介紹 Kubernetes 中容器跨主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)原理和方法。

什么是 Flannel

在 Kubernetes 中,F(xiàn)lannel 是一個(gè)開(kāi)源的容器網(wǎng)絡(luò)解決方案。它負(fù)責(zé)在 Kubernetes 集群中創(chuàng)建一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò),使得不同節(jié)點(diǎn)上的 Pod 可以使用相同的 IP 地址進(jìn)行通信。

Flannel 旨在提供簡(jiǎn)單、快速、可靠的容器網(wǎng)絡(luò)。

Flannel 通過(guò)分配每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)唯一的子網(wǎng),然后讓節(jié)點(diǎn)之間的 Pod 通過(guò)這些子網(wǎng)進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離。Flannel 支持多種后端,包括 UDP、VXLAN 和 Host-gw 等。

Flannel 的后端實(shí)現(xiàn)有哪些

Flannel 的后端實(shí)現(xiàn)主要包括以下幾種方式:

  • VXLAN;
  • host-gw;
  • UDP。

這三種不同的后端實(shí)現(xiàn),代表了三種容器跨主網(wǎng)絡(luò)的主流實(shí)現(xiàn)方法。

在這三種模式中,UDP 模式可以說(shuō)是 Flannel 項(xiàng)目早支持的一種方式,但也是性能最差的一種方式。

所以,目前為止這個(gè)模式用的比較少。不過(guò),F(xiàn)lannel 之所以最先選擇 UDP 模式,還是有它的道理的,因?yàn)檫@種模式是最直接、也是最容易理解的容器跨主網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

UDP

UDP 是 Flannel 默認(rèn)的后端實(shí)現(xiàn)方式。它使用 UDP 協(xié)議創(chuàng)建一組 overlay 網(wǎng)絡(luò),連接 Kubernetes 集群中的所有節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)獲取一個(gè)子網(wǎng),并將其中的 IP 地址分配給其上運(yùn)行的 Pod。

當(dāng) Pod 需要與其他節(jié)點(diǎn)上的 Pod 通信時(shí),它會(huì)將數(shù)據(jù)包封裝在 UDP 包中,通過(guò) overlay 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn),并在那里解包。由于 UDP 的輕量級(jí)和簡(jiǎn)單性,它是 Flannel 最常用的后端實(shí)現(xiàn)方式

VXLAN

VXLAN 是一種虛擬化隧道協(xié)議,它可以在不同子網(wǎng)之間傳遞以太網(wǎng)流量。Flannel 使用 VXLAN 創(chuàng)建 overlay 網(wǎng)絡(luò),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)獲取一個(gè)唯一的 VTEP(VXLAN Tunnel Endpoint),并將其中的 IP 地址分配給其上運(yùn)行的 Pod。

與 UDP 相比,VXLAN 需要較多的計(jì)算資源,但它提供了更好的可靠性和靈活性

Host-gw

Host-gw 是一種“主機(jī)網(wǎng)關(guān)”模式,它將每個(gè)節(jié)點(diǎn)都視為一個(gè)網(wǎng)關(guān),將所有 Pod 的流量直接路由到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上的 Pod 所在的子網(wǎng)。

這種方式非常簡(jiǎn)單,因?yàn)樗恍枰魏?overlay 網(wǎng)絡(luò)和封裝解封裝的過(guò)程。但是,它需要將所有節(jié)點(diǎn)上的路由表配置正確,也需要在集群中動(dòng)態(tài)改變路由表來(lái)保證容器間的通信。

基于 Flannel UDP 模式的實(shí)現(xiàn)跨主通信

在 Flannel 的 UDP 模式下,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)獲取一個(gè)唯一的子網(wǎng),并將其中的 IP 地址分配給其上運(yùn)行的 Pod。當(dāng) Pod 需要與其他節(jié)點(diǎn)上的 Pod 通信時(shí),它會(huì)將數(shù)據(jù)包封裝在 UDP 包中,通過(guò) overlay 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn),并在那里解包。

具體來(lái)說(shuō),F(xiàn)lannel 最初在集群中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上啟動(dòng)一個(gè) flanneld 服務(wù)。flanneld 服務(wù)會(huì)協(xié)調(diào)所有節(jié)點(diǎn)之間的 overlay 網(wǎng)絡(luò),并為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的子網(wǎng)。

然后,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的 kubelet 服務(wù)會(huì)在容器啟動(dòng)時(shí)將該子網(wǎng)的 IP 地址分配給容器。容器內(nèi)的應(yīng)用程序可以使用該 IP 地址來(lái)訪問(wèn)集群中的其他容器。

UDP 模式案例實(shí)現(xiàn)

假設(shè)有一個(gè) Kubernetes 集群,有兩個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)容器正在運(yùn)行。容器名稱為“web1”和“web2”,它們都運(yùn)行在不同的節(jié)點(diǎn)上。現(xiàn)在,我們要讓這兩個(gè)容器之間進(jìn)行跨主機(jī)通信。

首先,我們需要確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都已經(jīng)安裝了 Flannel 并成功啟動(dòng)了 flanneld 服務(wù)。然后,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行以下命令來(lái)檢查 Flannel 是否正常工作:

$ sudo systemctl status flanneld

接下來(lái),我們需要為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的子網(wǎng)。假設(shè)我們將第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的子網(wǎng)設(shè)置為 10.244.0.0/24,第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的子網(wǎng)設(shè)置為 10.244.1.0/24。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行以下命令來(lái)配置 Flannel 并分配子網(wǎng):

$ sudo vim /etc/sysconfig/flanneld
FLANNEL_ETCD="http://etcd-ip:2379"
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kube-centos/network"
FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0"
$ sudo systemctl restart flanneld

其中,etcd-ip 是 etcd 服務(wù)器的 IP 地址。注意,所有節(jié)點(diǎn)的 FLANNEL_ETCD_PREFIX 值必須相同,以便它們能夠從 etcd 中獲取相同的子網(wǎng)信息。

現(xiàn)在,我們可以在容器內(nèi)使用指定的 IP 地址進(jìn)行通信了。例如,在 web1 容器內(nèi)運(yùn)行以下命令來(lái)向 web2 容器發(fā)送 ping 包:

$ ping 10.244.1.2

其中,10.244.1.2 是 web2 容器的 IP 地址。

通過(guò) Flannel UDP 模式,我們可以輕松地實(shí)現(xiàn)跨主機(jī)通信,使得基于 Kubernetes 的應(yīng)用程序能夠更加穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行。

基于 Flannel UDP 模式的跨主通信的基本原理如下:

基于 Flannel VXLAN 模式的跨主通信

在 Flannel 的 VXLAN 模式下,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)獲取一個(gè)唯一的 VTEP,它可以將容器的數(shù)據(jù)包封裝在 VXLAN 包中,在 overlay 網(wǎng)絡(luò)中傳輸。與 UDP 模式不同,VXLAN 模式需要使用 VXLAN 協(xié)議來(lái)進(jìn)行封裝和解封裝。

具體來(lái)說(shuō),F(xiàn)lannel VNI(VXLAN Network Identifier)將被分配給 overlay 網(wǎng)絡(luò),并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須為該網(wǎng)絡(luò)配置一個(gè) VTEP(VXLAN Tunnel Endpoint)。

此外,每個(gè) Pod 都將獲得該網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)唯一 IP 地址,并將其用于與其他 Pod 進(jìn)行通信。

VXLAN 模式案例實(shí)現(xiàn)

假設(shè)有一個(gè) Kubernetes 集群,有兩個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)容器正在運(yùn)行。容器名稱為“web1”和“web2”,它們都運(yùn)行在不同的節(jié)點(diǎn)上?,F(xiàn)在,我們要讓這兩個(gè)容器之間進(jìn)行跨主機(jī)通信。

首先,我們需要確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)安裝了 Flannel 并成功啟動(dòng)了 flanneld 服務(wù)。然后,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行以下命令來(lái)檢查 Flannel 是否正常工作:

$ sudo systemctl status flanneld

接下來(lái),我們需要為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)唯一的 VTEP。假設(shè)我們將 VXLAN 網(wǎng)絡(luò) ID 設(shè)置為 1,第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的 VTEP IP 地址為 192.168.0.1,第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的 VTEP IP 地址為 192.168.0.2。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行以下命令來(lái)配置 Flannel 并分配 VTEP:

$ sudo vim /etc/sysconfig/flanneld
FLANNEL_ETCD="http://etcd-ip:2379"
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kube-centos/network"
FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0 -vni=1"
$ sudo ifconfig flannel.1 192.168.0.1/24 up
$ sudo systemctl restart flanneld

然后,在每個(gè)容器中都可以進(jìn)行跨主機(jī)通信。例如,在 web1 容器內(nèi)運(yùn)行以下命令來(lái)向 web2 容器發(fā)送 ping 包:

$ ping 10.244.1.2

其中,10.244.1.2 是 web2 容器的 IP 地址。

通過(guò) Flannel VXLAN 模式,我們可以輕松地實(shí)現(xiàn)跨主機(jī)通信,并提供更好的可靠性和靈活性。在運(yùn)行基于 Kubernetes 的大規(guī)模應(yīng)用程序時(shí),使用 Flannel VXLAN 模式能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)性能和通信效率。

基于 Flannel VXLAN 模式的跨主通信的基本原理如下:

總結(jié)

以上主要介紹了在 Kubernetes 中容器跨主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)原理和方法。

Flannel 作為 Kubernetes 支持的容器網(wǎng)絡(luò)解決方案,已經(jīng)成為云原生領(lǐng)域中最流行的容器網(wǎng)絡(luò)解決方案之一。

Flannel 通過(guò)分配每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)唯一的子網(wǎng)或 VTEP,在 overlay 網(wǎng)絡(luò)中傳輸容器的數(shù)據(jù)包,使得不同節(jié)點(diǎn)上的 Pod 可以使用相同的 IP 地址進(jìn)行通信。

Flannel 提供了多種后端實(shí)現(xiàn)方式,包括 UDP、VXLAN 和 Host-gw 等。無(wú)論采用哪種后端實(shí)現(xiàn)方式,F(xiàn)lannel 都可以幫助我們輕松地實(shí)現(xiàn)跨主機(jī)通信,并提供穩(wěn)定、高效的容器網(wǎng)絡(luò)解決方案。

以上就是詳解Kubernetes 中容器跨主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Kubernetes容器跨主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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