k8s 网络组件详细介绍

Flannel：Flannel是一个简单且高效的网络解决方案，用于为Kubernetes集群中的容器提供网络连接，它通过为每个节点创建一个子网，然后使用VXLAN隧道将节点之间的流量路由到正确的容器。
Calico：Calico是一个开源的网络解决方案，它基于BGP协议构建了一个高度可扩展的容器网络。Calico可以提供网络策略功能，允许管理员定义流量控制规则。
Weave Net：Weave Net是一个具有网络拓扑感知能力的软件定义网络（SDN）解决方案，它能够自动发现和管理Kubernetes集群中的网络连接。
Cilium：Cilium是一个用于Kubernetes集群的网络和安全解决方案，它结合了BPF（Berkeley Packet Filter）和XDP（eXpress Data Path）技术，提供高性能的网络层和安全功能。

以上列举的网络组件是Kubernetes中常见的选择，每个组件都有其特定的特点和适用场景。

本章仅对生产环境中最常用 Flannel Calico 模式做具体分析介绍

二 k8s 网络概念

1， k8s 三种网络

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2，K8S 中 Pod 网络通信

2.1 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）共享同一个网络命名空间，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。

2.2 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/cni0 网桥，网段相同，所以它们之间可以直接通信。

2.3 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。

三 Flannel 网络组件

1，Flannel 是什么

Flannel 的功能是让集群中的不同节点主机创建的 Docker 容器都具有全集群唯一的虚拟 IP 地址。
Flannel 是 Overlay 网络的一种，也是将 TCP 源数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前支持 UDP、VXLAN、Host-gw 3种数据转发方式。

英文翻译：法兰绒

2，Overlay Network 是什么

虚拟隧道技术

叠加网络，在二层或者三层基础网络上叠加的一种虚拟网络技术模式，该网络中的主机通过虚拟链路隧道连接起来。
通过Overlay技术（可以理解成隧道技术），在原始报文外再包一层四层协议（UDP协议），通过主机网络进行路由转发。这种方式性能有一定损耗，主要体现在对原始报文的修改。目前Overlay主要采用VXLAN。

3，VXLAN与 VLAN

3.1 VXLAN 是什么

将源数据包封装到UDP中，并使用基础网络的IP/MAC作为外层报文头进行封装，然后在以太网上传输，到达目的地后由隧道端点解封装并将数据发送给目标地址。

3.2 vlan vxlan 区别

VLAN (Virtual Local Area Network) 和 VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network) 都是网络虚拟化技术，旨在提高网络资源的灵活性和利用率，但它们之间存在一些关键区别：

网络规模：

VLAN 使用 12 位标识符来定义 VLAN ID，因此理论上最多可以创建 4094 个不同的 VLAN。这限制了其在网络规模上的应用，尤其是在大规模数据中心环境中。

VXLAN 使用 24 位的 VNI (VXLAN Network Identifier)，允许创建多达 2^24（约1600万个）个独立的虚拟网络，极大地扩展了网络规模，适合云和大数据中心环境。

网络路径利用效率：

VLAN 依赖于 Spanning Tree Protocol (STP) 或 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) 来防止网络中的广播风暴和环路，但这通常会导致部分网络路径被阻塞，降低了网络带宽的利用率。

VXLAN 则通过将二层数据包封装在 UDP 报文中，利用 IP 网络进行传输，绕过了 STP 的限制，所有路径都可以被利用，提高了网络的效率和弹性。

MAC 地址表的管理：

在 VLAN 中，每个交换机都需要维护一个 MAC 地址表，随着网络规模的扩大，MAC 表可能达到其容量极限，导致性能问题。

VXLAN 使用隧道技术，源和目的主机之间的二层通信可以在三层网络上透明传输，MAC 地址信息不需要在每一跳上都进行学习和维护，减轻了底层物理交换机的负担，防止了 MAC 表耗尽的问题。

应用场景

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