Kubernetes之集群网络

一、Docker网络基础

在讨论Kubernetes网络之前，我们先看一下Docker网络。
下图展示了Docker网络在整个Docker生态技术栈中的位置：

docker容器网络模型CNM(Container Network Model)：

• Network Sandbox：一个容器内部的网络栈(管理容器的网卡、路由表以及DNS设置等)。

• Endpoint：一个endpoint将Sandbox链接到network上，一个endpoint可以通过veth pair/open vswitch internal port等方式实现，一个endpoint只能属于一个network，也只能属于一个sandbox。

• Network：一个network由一组可以相互通信的endpoints组成。一个network可以由linux bridge，vlan或其他方式实现，一个network中可以包含多个endpoint。
  Docker网络实现：

• 单机网络模式：bridge、host、joined、none

• 多级网络模式：overlay、macvlan、network plugins。
  默认情况下，Docker使用bridge网络模式，bridge网络驱动的示意图如下:
  

二、Kubernetes网络

kubernetes网络需要解决下面4个问题：

• 集群内

1. 同一个Pod中的container之间的通信
2. Pod和Pod之间的通信
3. Pod和Service之间的通信

• 集群外

1. 外部应用与Service之间的通信

2.1. 同一个Pod中容器之间的通信

Kubernetes创建Pod时，首先会创建一个称为pause的基础架构容器，为Pod指派一个唯一的IP地址，然后以pause的网络命名空间为基础，创建同一个Pod内的其他容器(–network={container})。因此同一个Pod内的所有容器就会共享同一个网络命名空间，所以在同一个Pod内的容器可以直接由localhost进行通信。

2.2. 不同Pod中容器之间的通信

Kubernetes通过flannel、calico等网络插件解决Pod间的通信问题。本文主要介绍flannel和calico网络插件。

2.2.1 Flannel

flannel会为宿主机预先分配一个子网，并为Pod分配IP地址，并且使用Kubernetes的etcd来存储网络配置相关信息，数据包则通过VxLAN(+Directrouting)、UDP、host-gw这些类型的后端机制进行转发。

在实践中，flannel一般配合calico一起使用，flannel用来配置网络，而calico负责网络策略。

2.2.2 Calico

本文仅介绍Calico作为网络策略提供商，而不介绍Calico作为网络配置提供商。
网络策略定义了某一组Pod与另外一组Pod或者其他网络端点通信的规则。
calico创建和管理一个扁平的三层网络(不需要overlay)，每个容器会分配一个可路由的IP，由于通信时不需要解包和封包，网络性能损耗小，易于排查，且易于水平扩展。并且calico基于iptables还提供了丰富而灵活的网络策略。
calico架构图：

kubernetes提供了NetworkPolicy资源用于配置网络策略，其支持namespace级别的网络隔离，注意使用NetworkPolicy需要特定的网络解决方案，比如calico就是一个很好的解决方案。
在使用NetworkPolicy之前，kubernetes默认所有的pod都是可以互通的。
NetworkPolicy提供网络策略示意图：

NetworkPolicy资源通过podSelector，egress，ingress等字段来配置kubernetes的网络策略。

2.2.3 Pod与service/外部应用于Service通信

可以参考我之前的博客<Kubernetes之服务发现ingress & ingress controller>和<Kubernetes之服务发现Service>