詳解Kubernetes 中容器跨主機網絡

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前言

在雲原生領域，Kubernetes 已經成為瞭最主流的容器管理工具。Kubernetes 支持將容器部署到多個節點（即主機）上，因此必須解決容器間跨主機通信的問題。

本文將詳細介紹 Kubernetes 中容器跨主機網絡的實現原理和方法。

什麼是 Flannel

在 Kubernetes 中，Flannel 是一個開源的容器網絡解決方案。它負責在 Kubernetes 集群中創建一個虛擬網絡，使得不同節點上的 Pod 可以使用相同的 IP 地址進行通信。

Flannel 旨在提供簡單、快速、可靠的容器網絡。

Flannel 通過分配每個節點一個唯一的子網，然後讓節點之間的 Pod 通過這些子網進行通信來實現網絡隔離。Flannel 支持多種後端，包括 UDP、VXLAN 和 Host-gw 等。

Flannel 的後端實現有哪些

Flannel 的後端實現主要包括以下幾種方式：

  • VXLAN；
  • host-gw；
  • UDP。

這三種不同的後端實現，代表瞭三種容器跨主網絡的主流實現方法。

在這三種模式中，UDP 模式可以說是 Flannel 項目早支持的一種方式，但也是性能最差的一種方式。

所以，目前為止這個模式用的比較少。不過，Flannel 之所以最先選擇 UDP 模式，還是有它的道理的，因為這種模式是最直接、也是最容易理解的容器跨主網絡實現。

UDP

UDP 是 Flannel 默認的後端實現方式。它使用 UDP 協議創建一組 overlay 網絡，連接 Kubernetes 集群中的所有節點。每個節點都會獲取一個子網，並將其中的 IP 地址分配給其上運行的 Pod。

當 Pod 需要與其他節點上的 Pod 通信時，它會將數據包封裝在 UDP 包中，通過 overlay 網絡發送到目標節點，並在那裡解包。由於 UDP 的輕量級和簡單性，它是 Flannel 最常用的後端實現方式。

VXLAN

VXLAN 是一種虛擬化隧道協議，它可以在不同子網之間傳遞以太網流量。Flannel 使用 VXLAN 創建 overlay 網絡，每個節點都會獲取一個唯一的 VTEP（VXLAN Tunnel Endpoint），並將其中的 IP 地址分配給其上運行的 Pod。

與 UDP 相比，VXLAN 需要較多的計算資源，但它提供瞭更好的可靠性和靈活性。

Host-gw

Host-gw 是一種“主機網關”模式，它將每個節點都視為一個網關，將所有 Pod 的流量直接路由到目標節點上的 Pod 所在的子網。

這種方式非常簡單，因為它不需要任何 overlay 網絡和封裝解封裝的過程。但是，它需要將所有節點上的路由表配置正確，也需要在集群中動態改變路由表來保證容器間的通信。

基於 Flannel UDP 模式的實現跨主通信

在 Flannel 的 UDP 模式下，每個節點都會獲取一個唯一的子網，並將其中的 IP 地址分配給其上運行的 Pod。當 Pod 需要與其他節點上的 Pod 通信時，它會將數據包封裝在 UDP 包中，通過 overlay 網絡發送到目標節點，並在那裡解包。

具體來說，Flannel 最初在集群中的每個節點上啟動一個 flanneld 服務。flanneld 服務會協調所有節點之間的 overlay 網絡，並為每個節點分配一個唯一的子網。

然後，在每個節點上運行的 kubelet 服務會在容器啟動時將該子網的 IP 地址分配給容器。容器內的應用程序可以使用該 IP 地址來訪問集群中的其他容器。

UDP 模式案例實現

假設有一個 Kubernetes 集群，有兩個節點，每個節點都有一個容器正在運行。容器名稱為“web1”和“web2”，它們都運行在不同的節點上。現在，我們要讓這兩個容器之間進行跨主機通信。

首先，我們需要確保每個節點上都已經安裝瞭 Flannel 並成功啟動瞭 flanneld 服務。然後，在每個節點上運行以下命令來檢查 Flannel 是否正常工作：

$ sudo systemctl status flanneld

接下來，我們需要為每個節點分配一個唯一的子網。假設我們將第一個節點的子網設置為 10.244.0.0/24，第二個節點的子網設置為 10.244.1.0/24。在每個節點上運行以下命令來配置 Flannel 並分配子網：

$ sudo vim /etc/sysconfig/flanneld
FLANNEL_ETCD="http://etcd-ip:2379"
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kube-centos/network"
FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0"
$ sudo systemctl restart flanneld

其中，etcd-ip 是 etcd 服務器的 IP 地址。註意，所有節點的 FLANNEL_ETCD_PREFIX 值必須相同，以便它們能夠從 etcd 中獲取相同的子網信息。

現在，我們可以在容器內使用指定的 IP 地址進行通信瞭。例如，在 web1 容器內運行以下命令來向 web2 容器發送 ping 包：

$ ping 10.244.1.2

其中，10.244.1.2 是 web2 容器的 IP 地址。

通過 Flannel UDP 模式，我們可以輕松地實現跨主機通信，使得基於 Kubernetes 的應用程序能夠更加穩定和可靠地運行。

基於 Flannel UDP 模式的跨主通信的基本原理如下：

基於 Flannel VXLAN 模式的跨主通信

在 Flannel 的 VXLAN 模式下，每個節點都會獲取一個唯一的 VTEP，它可以將容器的數據包封裝在 VXLAN 包中，在 overlay 網絡中傳輸。與 UDP 模式不同，VXLAN 模式需要使用 VXLAN 協議來進行封裝和解封裝。

具體來說，Flannel VNI（VXLAN Network Identifier）將被分配給 overlay 網絡，並且每個節點都必須為該網絡配置一個 VTEP（VXLAN Tunnel Endpoint）。

此外，每個 Pod 都將獲得該網絡中的一個唯一 IP 地址，並將其用於與其他 Pod 進行通信。

VXLAN 模式案例實現

假設有一個 Kubernetes 集群，有兩個節點，每個節點都有一個容器正在運行。容器名稱為“web1”和“web2”，它們都運行在不同的節點上。現在，我們要讓這兩個容器之間進行跨主機通信。

首先，我們需要確保每個節點上已經安裝瞭 Flannel 並成功啟動瞭 flanneld 服務。然後，在每個節點上運行以下命令來檢查 Flannel 是否正常工作：

$ sudo systemctl status flanneld

接下來，我們需要為每個節點分配一個唯一的 VTEP。假設我們將 VXLAN 網絡 ID 設置為 1，第一個節點的 VTEP IP 地址為 192.168.0.1，第二個節點的 VTEP IP 地址為 192.168.0.2。在每個節點上運行以下命令來配置 Flannel 並分配 VTEP：

$ sudo vim /etc/sysconfig/flanneld
FLANNEL_ETCD="http://etcd-ip:2379"
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kube-centos/network"
FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0 -vni=1"
$ sudo ifconfig flannel.1 192.168.0.1/24 up
$ sudo systemctl restart flanneld

然後，在每個容器中都可以進行跨主機通信。例如，在 web1 容器內運行以下命令來向 web2 容器發送 ping 包：

$ ping 10.244.1.2

其中，10.244.1.2 是 web2 容器的 IP 地址。

通過 Flannel VXLAN 模式，我們可以輕松地實現跨主機通信，並提供更好的可靠性和靈活性。在運行基於 Kubernetes 的大規模應用程序時，使用 Flannel VXLAN 模式能夠有效地提高網絡性能和通信效率。

基於 Flannel VXLAN 模式的跨主通信的基本原理如下：

總結

以上主要介紹瞭在 Kubernetes 中容器跨主機網絡的實現原理和方法。

Flannel 作為 Kubernetes 支持的容器網絡解決方案，已經成為雲原生領域中最流行的容器網絡解決方案之一。

Flannel 通過分配每個節點一個唯一的子網或 VTEP，在 overlay 網絡中傳輸容器的數據包，使得不同節點上的 Pod 可以使用相同的 IP 地址進行通信。

Flannel 提供瞭多種後端實現方式，包括 UDP、VXLAN 和 Host-gw 等。無論采用哪種後端實現方式，Flannel 都可以幫助我們輕松地實現跨主機通信，並提供穩定、高效的容器網絡解決方案。

以上就是詳解Kubernetes 中容器跨主機網絡的詳細內容，更多關於Kubernetes容器跨主機網絡的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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