Container Networking Interface (CNI)：重新定义容器网络编排标准-优快云博客

Container Networking Interface (CNI)：重新定义容器网络编排标准

【免费下载链接】cni Container Networking 是一个开源项目，旨在实现容器网络和网络应用的高效编排和管理。 * 容器网络管理、网络应用编排和管理 * 有什么特点：基于 Kubernetes 和容器技术、实现高效容器网络管理、支持多种网络插件和工具项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/cn/cni

你是否还在为容器网络配置的复杂性而头疼？是否在不同容器平台间切换时面临网络兼容性问题？本文将深入解析CNI（Container Networking Interface）如何解决这些痛点，帮助你理解其核心原理、使用方法及在实际场景中的应用价值。读完本文，你将能够：掌握CNI的基本概念与工作流程、了解如何配置和使用CNI插件、理解CNI在容器生态中的地位与作用。

CNI概述：容器网络的通用语言

CNI（Container Networking Interface）是一个开源项目，旨在为容器提供统一的网络配置接口。它定义了容器运行时与网络插件之间的标准化协议，使得不同的容器平台和网络解决方案能够无缝集成。

CNI的核心目标是解决容器网络的碎片化问题。在CNI出现之前，不同的容器运行时（如Docker、Kubernetes、Mesos等）都有各自的网络实现方式，这使得跨平台部署容器应用变得困难。CNI通过定义一套通用的规范和API，让网络插件能够与任何支持CNI的容器运行时协同工作，从而实现了容器网络的标准化和可移植性。

CNI项目由Cloud Native Computing Foundation（CNCF）托管，其源代码可以在gh_mirrors/cn/cni仓库中找到。该项目的主要组件包括：

规范文档：定义了CNI的核心概念、协议和数据格式，如SPEC.md。
库文件：提供了Go语言的CNI库，方便开发者实现CNI插件和集成CNI到容器运行时中，如libcni/api.go。
工具：包括cnitool等工具，用于测试和调试CNI插件，如cnitool/目录。
插件示例：提供了一些示例插件，展示了如何实现CNI规范，如plugins/目录。

CNI核心原理：插件化架构与工作流程

CNI采用插件化架构，其核心思想是将容器网络的配置和管理逻辑抽象为一系列插件，容器运行时通过调用这些插件来为容器配置网络。这种设计使得CNI具有高度的灵活性和可扩展性，用户可以根据自己的需求选择或开发不同的网络插件。

CNI工作流程

CNI的工作流程主要包括以下几个步骤：

容器创建：容器运行时创建容器，并为其分配一个网络命名空间（Network Namespace）。
调用CNI插件：容器运行时根据配置文件调用相应的CNI插件，传递容器ID、网络命名空间路径、接口名称等参数。
配置网络：CNI插件负责为容器配置网络，包括创建网络接口、分配IP地址、设置路由规则等。
返回结果：CNI插件将配置结果返回给容器运行时，包括分配的IP地址、网关等信息。
容器销毁：容器被销毁时，容器运行时调用CNI插件清理网络资源。

下面是一个简化的CNI工作流程图：

mermaid

CNI规范核心内容

CNI规范定义了容器运行时与网络插件之间的通信协议，主要包括以下几个方面：

网络配置格式：定义了CNI配置文件的JSON格式，包括网络名称、插件类型、IPAM（IP地址管理）配置等。例如：

{
  "cniVersion": "1.1.0",
  "name": "mynet",
  "type": "bridge",
  "bridge": "cni0",
  "isGateway": true,
  "ipMasq": true,
  "ipam": {
    "type": "host-local",
    "subnet": "10.22.0.0/16",
    "routes": [{"dst": "0.0.0.0/0"}]
  }
}

执行协议：定义了CNI插件的执行方式，包括环境变量、标准输入输出格式等。容器运行时通过环境变量传递参数（如容器ID、网络命名空间路径），并通过标准输入向插件传递配置文件。插件执行完成后，通过标准输出返回结果或错误信息。
插件类型：CNI定义了多种插件类型，包括主插件（如bridge、macvlan）和IPAM插件（如host-local、dhcp）。主插件负责创建网络接口，IPAM插件负责分配IP地址。
结果类型：定义了插件执行结果的JSON格式，包括分配的IP地址、网关、DNS信息等。

CNI规范的详细内容可以参考SPEC.md文件。

CNI实践指南：从安装到使用

环境准备

在使用CNI之前，需要确保系统满足以下要求：

Linux操作系统（CNI主要支持Linux）
容器运行时（如Docker、containerd、CRI-O等）
Go环境（如果需要编译CNI工具或插件）

安装CNI

CNI的安装主要包括以下步骤：

克隆代码仓库：

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/cn/cni.git
cd cni

编译CNI工具：

make

编译完成后，会在bin目录下生成cnitool等工具。

安装CNI插件：

CNI核心插件位于containernetworking/plugins仓库，你可以通过以下命令获取并安装：

git clone https://link.gitcode.com/i/6e0cf5bcc6de8780b5da6b9f685e5a0d.git
cd plugins
./build_linux.sh
sudo cp bin/* /opt/cni/bin/

配置CNI

CNI配置文件通常位于/etc/cni/net.d目录下。以下是一个使用bridge插件和host-local IPAM插件的示例配置：

创建/etc/cni/net.d/10-mynet.conf文件：

{
  "cniVersion": "1.1.0",
  "name": "mynet",
  "type": "bridge",
  "bridge": "cni0",
  "isGateway": true,
  "ipMasq": true,
  "ipam": {
    "type": "host-local",
    "subnet": "10.22.0.0/16",
    "routes": [{"dst": "0.0.0.0/0"}]
  }
}

创建/etc/cni/net.d/99-loopback.conf文件：

{
  "cniVersion": "1.1.0",
  "name": "lo",
  "type": "loopback"
}

使用CNI工具测试网络配置

CNI提供了cnitool工具，可以用于测试CNI网络配置。以下是使用cnitool添加和删除网络接口的示例：

添加网络接口：

sudo cnitool add mynet /var/run/netns/myns

其中，mynet是网络名称，/var/run/netns/myns是网络命名空间路径。

查看网络接口：

sudo ip netns exec myns ip addr

删除网络接口：

sudo cnitool del mynet /var/run/netns/myns

更多cnitool的使用方法可以参考cnitool/README.md。

在Kubernetes中使用CNI

Kubernetes默认支持CNI网络插件。要在Kubernetes中使用CNI，需要在kubelet启动参数中指定CNI配置目录：

kubelet --network-plugin=cni --cni-conf-dir=/etc/cni/net.d --cni-bin-dir=/opt/cni/bin

Kubernetes会自动检测并使用/etc/cni/net.d目录下的CNI配置文件。常见的Kubernetes CNI插件包括Calico、Flannel、Weave Net等。

CNI生态系统：插件与工具

CNI拥有丰富的生态系统，包括各种网络插件和辅助工具。以下是一些常用的CNI组件：

核心插件

CNI核心插件由CNI项目维护，包括：

bridge：创建Linux桥接设备，将容器连接到桥上。
host-local：本地IP地址管理插件，从预定义的子网中分配IP地址。
loopback：配置容器的回环接口。
macvlan：为容器创建MAC地址的虚拟接口，直接连接到主机物理接口。
ptp：创建点对点隧道。
vxlan：创建VXLAN隧道，实现跨主机容器网络。

这些插件的源代码可以在containernetworking/plugins仓库中找到。

第三方插件

除了核心插件外，还有许多第三方CNI插件，提供了更丰富的功能：

Calico：基于BGP的网络插件，支持网络策略。
Flannel：简单易用的覆盖网络插件。
Weave Net：支持多主机容器网络的插件。
Cilium：基于eBPF的高性能网络插件，支持高级网络策略。
Multus：支持多网络接口的CNI插件。

辅助工具

cnitool：CNI官方提供的测试工具，如cnitool/。
libcni：CNI的Go语言库，用于开发CNI插件和集成CNI到容器运行时，如libcni/。
cni-json2conflist：将多个CNI配置文件合并为一个配置列表文件的工具。

CNI未来展望：持续演进的容器网络标准

CNI作为容器网络的事实标准，一直在不断演进和完善。未来，CNI可能会在以下几个方面继续发展：

增强网络策略支持：随着容器编排平台对网络安全性的要求越来越高，CNI将进一步增强对网络策略的支持，如更细粒度的访问控制、流量监控等。
提升性能：通过引入eBPF等新技术，CNI插件的性能将得到进一步提升，减少网络延迟和资源消耗。
跨平台支持：虽然CNI目前主要支持Linux，但未来可能会扩展到Windows等其他操作系统。
简化配置与管理：提供更友好的配置方式和管理工具，降低CNI的使用门槛。
集成服务网格：与Istio等服务网格技术更好地集成，提供端到端的网络可观测性和流量管理。

CNI的发展路线图可以参考ROADMAP.md文件，如果你对CNI的发展有兴趣，可以通过CONTRIBUTING.md了解如何参与CNI项目的贡献。

总结

CNI通过定义一套标准化的接口，解决了容器网络的碎片化问题，为容器生态系统提供了统一的网络配置方案。本文从CNI的概述、核心原理、实践指南、生态系统和未来展望等方面进行了详细介绍，希望能够帮助你更好地理解和使用CNI。

如果你想深入学习CNI，可以参考以下资源：

官方文档：Documentation/
源代码：gh_mirrors/cn/cni
社区讨论：通过cnitool/README.md中提供的联系方式参与社区交流。

通过掌握CNI，你将能够更加灵活地管理容器网络，为容器化应用提供可靠、高效的网络支持。

点赞、收藏、关注，获取更多容器网络技术干货！下期预告：深入解析CNI插件开发实践。

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考