k8S网络概述——详细理论知识

原创于 2025-12-15 22:28:03 发布 · 419 阅读

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Kubernetes (K8s) 网络解决方案是指在 Kubernetes 集群中实现容器网络通信的各种技术和工具。这些解决方案的设计目的是为了满足 Kubernetes 网络模型的要求，即：

1. 所有 Pod 都必须能够无需 NAT 就能互相通信。
2. 所有节点必须能够无需 NAT 就能与所有 Pod 通信。
3. Pod 在重新调度时保持相同的 IP 地址。

这些网络解决方案遵循 CNI（Container Network Interface）规范，提供插件以集成不同的网络技术。下面是一些主要的 Kubernetes 网络解决方案及其底层原理、优缺点：

原理：Calico 使用纯三层网络来提供 Pod 间通信，通过使用 IP 路由而不是覆盖网络，以减少网络复杂性和性能开销。它使用 BGP（边界网关协议）来广播和学习路由，支持网络策略来控制 Pod 间的流量。
优点：高性能，支持大规模集群；丰富的网络策略；直接使用物理网络，不需要封包解包的开销。
缺点：配置和管理相对复杂，对网络知识要求较高；在某些环境下（如较老的数据中心），对 BGP 的支持可能受限。

原理：Flannel 是一个简单的覆盖网络解决方案，为每个 Pod 提供一个唯一的 IP。它使用 etcd 存储网络配置信息，支持多种后端，如 VXLAN、IPsec 和 AWS VPC。
优点：部署和配置简单，适合小型到中型集群；对新手友好。
缺点：性能不如基于路由的解决方案；覆盖网络可能会增加一些网络延迟。

综合考虑这些因素后，你可以根据具体需求和偏好选择最合适的 Kubernetes 网络解决方案。

覆盖网络（Overlay Network）是一种网络虚拟化技术，它在现有的网络基础设施之上创建了一个虚拟的网络层。这个虚拟网络使得网络上的设备（如服务器、容器或虚拟机）能够彼此通信，就像它们连接在同一个物理网络一样，即使实际上它们可能分布在不同的物理网络中。

数据封装：覆盖网络通过封装原始数据包来工作。当数据从一个设备发送到另一个设备时，原始数据包会被封装在另一个数据包中。这个外层的数据包有自己的头部信息，指定了虚拟网络内的源地址和目的地址。
隧道技术：封装后的数据包通过隧道在物理网络中传输。这些隧道可以跨越不同的网络和互联网，允许分布在不同位置的设备安全地进行通信。
数据解封装：当封装的数据包到达目的地后，外层的数据包会被去除（解封装），恢复原始数据包，然后将其传递给接收设备。

VXLAN (Virtual Extensible LAN)：一种广泛使用的覆盖网络技术，可以支持大规模的虚拟网络。
NVGRE (Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation)：另一种覆盖网络技术，使用 GRE 封装来虚拟化网络层。
STT (Stateless Transport Tunneling)：专为虚拟化环境设计的覆盖网络协议，优化了数据中心内的通信。