目录
1.概述
K8S的三种网络
VLAN和VXLAN的区别
K8S中Pod网络通信
flannel的三种模式
flannel的UDP模式工作原理
flannel的VXLAN模式工作原理
2.部署flannel
在node01节点上操作
在master01节点上操作
3.部署Calico
Calico主要由三个部分组成
calico的IPIP模式工作原理
calico的BGP模式工作原理
flannel与calico的区别
在master01节点上操作
4.部署CoreDNS
在所有node节点上操作
在master01节点上操作
1.概述
K8S的三种网络
- 节点网络 nodeIP 物理网卡的IP实现节点间的通信
- Pod网络 podIP Pod与Pod之间可通过Pod的IP相互通信
- Service网络 clusterIP 在K8S集群内可通过service资源的clusterIP实现对Pod集群的网络代理转发
VLAN和VXLAN的区别
- VLAN主要用作于在交换机上逻辑划分广播域，还可以配合STP生成树协议阻塞路径接口，避免产生环路和广播风暴
- VXLAN可以将数据帧封装成UDP报文，再通过网络层传输给其它网络，从而实现虚拟大二层网络的通信
- VXLAN支持更多的二层网络：VXLAN最多可支持 2^24 个；VLAN最多支持 2^12 个（4096-2）
- VXLAN可以防止物理交换机MAC表耗尽：VLAN需要在交换机的MAC表中记录MAC物理地址；VXLAN采用隧道机制，MAC物理地址不需记录在交换机
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。
flannel的三种模式
- UDP：出现最早的模式，但是性能最差，基于flanneld应用程序实现数据包的封装/解封装
- VXLAN：flannel的默认模式，也是推荐使用的模式，性能比UDP模式更好，基于内核实现数据帧的封装/解封装，而且配置简单使用方便
- HOST-GW：性能最好的模式，但是配置负载，且不能跨网段
flannel的UDP模式工作原理
- 原始数据包从源主机的Pod容器发出到cni0网桥接口，再由cni0转发到flannel0虚拟接口
- flanneld服务进程会监听flannel0接口接收到的数据，flanneld进程会将原始数据包封装到UDP报文里
- flanneld进程会根据在etcd中维护的路由表查到目标Pod所在的nodeIP，并在UDP报文外封装nodeIP头部、MAC头部，再通过物理网卡发送到目标node节点
- UDP报文通过8285端口送达到目标node节点的flanneld进程进行解封装，再根据本地路由规则通过flannel0接口发送到cni0网桥，再由cni0发送到目标Pod容器
flannel的VXLAN模式工作原理
- 原始数据帧从源主机的Pod容器发出到cni0网桥接口，再由cni0转发到flannel.1虚拟接口
- flannel.1接口接收到数据帧后添加VXLAN头部，并在内核将原始数据帧封装到UDP报文里
- 根据在etcd中维护的路由表查到目标Pod所在的nodeIP，并在UDP报文外封装nodeIP头部、MAC头部，再通过物理网卡发送到目标node节点
- UDP报文通过8472端口送达到目标node节点的flannel.1接口并在内核进行解封装，再根据本地路由规则发送到cni0网桥，再由cni0发送到目标Pod容器
2.部署flannel
实验准备：
k8s集群master01：192.168.88.22 kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd
k8s集群node01：192.168.88.40 kubelet kube-proxy docker
k8s集群node02：192.168.88.13
etcd集群节点1：192.168.88.22 etcd
etcd集群节点2：192.168.88.40
etcd集群节点3：192.168.88.13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
mkdir /opt/cni/bin -p
tar xf cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz -C /opt/cni/bin
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
kubectl get pods -n kube-flannel
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-flannel-ds-hjtc7 1/1 Running 0 7s
kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
192.168.88.40 Ready <none> 81m v1.20.11
3.部署Calico
- 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。
Calico主要由三个部分组成
- 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。
calico的IPIP模式工作原理
- 原始数据包从源主机的Pod容器发出，通过 veth pair 设备送达到tunl0接口，再被内核的IPIP驱动封装到node节点网络的IP报文里
- 根据Felix维护的路由规则通过物理网卡发送到目标node节点
- IP数据包到达目标node节点的tunl0接口后再通过内核的IPIP驱动解封装得到原始数据包，再根据本地路由规则通过 veth pair 设备送达到目标Pod容器
calico的BGP模式工作原理
每个Pod容器都有一个 veth pair 设备，一端接入容器，另一个接入宿主机网络空间，并设置一条路由规则。
这些路由规则都是 Felix 维护配置的，由 BIRD 组件基于 BGP 动态路由协议分发路由信息给其它节点。
- 原始数据包从源主机的Pod容器发出，通过 veth pair 设备送达到宿主机网络空间
- 根据Felix维护的路由规则通过物理网卡发送到目标node节点
- 目标node节点接收到数据包后，会根据本地路由规则通过 veth pair 设备送达到目标Pod容器
flannel与calico的区别
- flannel： UDP VXLAN HOST-GW
- 默认网段：10.244.0.0/16
- 通常会采用VXLAN模式，用的是叠加网络、IP隧道方式传输数据，对性能有一定的影响。
- Flannel产品成熟，依赖性较少，易于安装，功能简单，配置方便，利于管理。但是不具备复杂的网络策略配置能力。
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
- name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
value: "192.168.0.0/16"
kubectl apply -f calico.yaml
kubectl get pods -n kube-system
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
calico-kube-controllers-659bd7879c-4h8vk 1/1 Running 0 58s
calico-node-nsm6b 1/1 Running 0 58s
calico-node-tdt8v 1/1 Running 0 58s
#等 Calico Pod 都 Running，节点也会准备就绪
kubectl get nodes
4.部署CoreDNS
- CoreDNS 是 K8S 默认的集群内部 DNS 功能实现，为 K8S 集群内的 Pod 提供 DNS 解析服务
- 根据 service 的资源名称 解析出对应的 clusterIP
- 根据 statefulset 控制器创建的Pod资源名称 解析出对应的 podIP
在所有node节点上操作
#上传 coredns.tar 到 /opt 目录中
cd /opt
docker load -i coredns.tar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
kubectl get pods -n kube-system
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
coredns-5ffbfd976d-j6shb 1/1 Running 0 32s
#DNS 解析测试
kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox:1.28.4 sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # nslookup kubernetes
