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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