21-K8S Basic-网络插件体系及flannel基础

一、Kubernetes的网络模型和网络策略

PS ：K8S网络插件官方手册 https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/cluster-administration/networking/

1.1、Kubernetes网络模型和CNI插件

在Kubernetes中设计了一种网络模型，要求无论容器运行在集群中的哪个节点，所有容器都能通过一个扁平的网络平面进行通信，即在同一IP网络中。需要注意的是：在K8S集群中，IP地址分配是以Pod对象为单位，而非容器，同一Pod内的所有容器共享同一网络名称空间。

1.2、Docker网路模型

了解Docker的友友们都应该清楚，Docker容器的原生网络模型主要有3种：Bridge（桥接）、Host（主机）、none。
- Bridge：借助虚拟网桥设备为容器建立网络连接。
- Host：设置容器直接共享当前节点主机的网络名称空间。
- none：多个容器共享同一个网络名称空间。

#使用以下命令查看docker原生的三种网络
[root@localhost ~]# docker network ls
NETWORK ID          NAME                DRIVER              SCOPE
0efec019c899        bridge              bridge              local
40add8bb5f07        host                host                local
ad94f0b1cca6        none                null                local
 
#none网络，在该网络下的容器仅有lo网卡，属于封闭式网络，通常用于对安全性要求较高并且不需要联网的应用
[root@localhost ~]# docker run -it --network=none busybox
/ # ifconfig
lo        Link encap:Local Loopback 
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)
 
#host网络，共享宿主机的网络名称空间，容器网络配置和host一致，但是存在端口冲突的问题
[root@localhost ~]# docker run -it --network=host busybox
/ # ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:69:a7:23 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.1.4/24 brd 192.168.1.255 scope global dynamic eth0
       valid_lft 84129sec preferred_lft 84129sec
    inet6 fe80::20c:29ff:fe69:a723/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: docker0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue
    link/ether 02:42:29:09:8f:dd brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.1/16 brd 172.17.255.255 scope global docker0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::42:29ff:fe09:8fdd/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever
/ # hostname
localhost
 
#bridge网络，Docker安装完成时会创建一个名为docker0的linux bridge，不指定网络时，创建的网络默认为桥接网络，都会桥接到docker0上。
[root@localhost ~]# brctl show
bridge name bridge id       STP enabled interfaces
docker0     8000.024229098fdd   no     
 
[root@localhost ~]# docker run -d nginx #运行一个nginx容器
c760a1b6c9891c02c992972d10a99639d4816c4160d633f1c5076292855bbf2b
 
[root@localhost ~]# brctl show     
bridge name bridge id       STP enabled interfaces
docker0     8000.024229098fdd   no      veth3f1b114
 
一个新的网络接口veth3f1b114桥接到了docker0上，veth3f1b114就是新创建的容器的虚拟网卡。进入容器查看其网络配置：
[root@localhost ~]# docker exec -it c760a1b6c98 bash
root@c760a1b6c989:/# apt-get update
root@c760a1b6c989:/# apt-get iproute
root@c760a1b6c989:/# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
38: eth0@if39: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default
    link/ether 02:42:ac:11:00:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.17.0.2/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

从上可以看到容器内有一个网卡eth0@if39，实际上eth0@if39和veth3f1b114是一对veth pair。veth pair是一种成对出现的特殊网络设备，可以想象它们由一根虚拟的网线进行连接的一对网卡，eth0@if39在容器中，veth3f1b114挂在网桥docker0上，最终的效果就是eth0@if39也挂在了docker0上。
桥接式网络是目前较为流行和默认的解决方案。但是这种方案的弊端是无法跨主机通信的，仅能在宿主机本地进行，而解决该问题的方法就是NAT。所有接入到该桥接设备上的容器都会被NAT隐藏，它们发往Docker主机外部的所有流量都会经过源地址转换后发出，并且默认是无法直接接受节点之外的其他主机发来的请求。当需要接入Docker主机外部流量，就需要进行目标地址转换甚至端口转换将其暴露在外部网络当中。如下图：

容器内的属于私有地址，需要在左侧的主机上的eth0上进行源地址转换，而右侧的地址需要被访问，就需要将eth0的地址进行NAT转换。SNAT---->DNAT
这样的通信方式会比较麻烦，从而需要借助第三方的网络插件实现这样的跨主机通信的网络策略。

1.3、Kubernetes网络模型

我们知道的是，在K8S上的网络通信包含以下几类：
- 容器间的通信：同一个Pod内的多个容器间的通信，它们之间通过lo网卡进行通信。
- Pod之间的通信：通过Pod IP地址进行通信。
- Pod和Service之间的通信：Pod IP地址和Service IP进行通信，两者并不属于同一网络，实现方式是通过IPVS或iptables规则转发。
- Service和集群外部客户端的通信，实现方式：Ingress、NodePort、Loadbalance
- K8S网络的实现不是集群内部自己实现，而是依赖于第三方网络插件----CNI（Container Network Interface）
- flannel、calico、canel等是目前比较流行的第三方网络插件。
这三种的网络插件需要实现Pod网络方案的方式通常有以下几种：
- 虚拟网桥、多路复用（MacVLAN）、硬件交换（SR-IOV）
- 无论是上面的哪种方式在容器当中实现，都需要大量的操作步骤，而K8S支持CNI插件进行编排网络，以实现Pod和集群网络管理功能的自动化。每次Pod被初始化或删除，kubelet都会调用默认的CNI插件去创建一个虚拟设备接口附加到相关的底层网络，为Pod去配置IP地址、路由信息并映射到Pod对象的网络名称空间。
- 在配置Pod网络时，kubelet会在默认的/etc/cni/net.d/目录中去查找CNI JSON配置文件，然后通过type属性到/opt/cni/bin中查找相关的插件二进制文件，如下面的"portmap"。然后CNI插件调用IPAM插件（IP地址管理插件）来配置每个接口的IP地址：

[root@k8s-master ~]# cat /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
{
  "name": "cbr0",
  "plugins": [
    {
      "type": "flannel",
      "delegate": {
        "hairpinMode": true,
        "isDefaultGateway": true
      }
    },
    {
      "type": "portmap",
      "capabilities": {
        "portMappings": true
      }
    }
  ]
}
 
# kubelet调用第三方插件，进行网络地址的分配

CNI主要是定义容器网络模型规范，链接容器管理系统和网络插件，两者主要通过上面的JSON格式文件进行通信，实现容器的网络功能。CNI的主要核心是：在创建容器时，先创建好网络名称空间（netns），然后调用CNI插件为这个netns配置网络，最后在启动容器内的进程。
常见的CNI网络插件包含以下几种：
- Flannel：为Kubernetes提供叠加网络的网络插件，基于TUN/TAP隧道技术，使用UDP封装IP报文进行创建叠加网络，借助etcd维护网络的分配情况，缺点：无法支持网络策略访问控制。
- Calico：基于BGP的三层网络插件，也支持网络策略进而实现网络的访问控制；它在每台主机上都运行一个虚拟路由，利用Linux内核转发网络数据包，并借助iptables实现防火墙功能。实际上Calico最后的实现就是将每台主机都变成了一台路由器，将各个网络进行连接起来，实现跨主机通信的功能。
- Canal：由Flannel和Calico联合发布的一个统一网络插件，提供CNI网络插件，并支持网络策略实现。
- 其他的还包括Weave Net、Contiv、OpenContrail、Romana、NSX-T、kube-router等等。而Flannel和Calico是目前最流行的选择方案。

1.4、Flannel网络插件

官方文档：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/cluster-administration/networking/#flannel
在各节点上的Docker主机在docker0上默认使用同一个子网，不同节点的容器都有可能会获取到相同的地址，那么在跨节点通信时就会出现地址冲突的问题。并且在多个节点上的docker0使用不同的子网，也会因为没有准确的路由信息导致无法准确送达报文。
而为了解决这一问题，Flannel的解决办法是，预留一个使用网络，如10.244.0.0/16，然后自动为每个节点的Docker容器引擎分配一个子网，如10.244.1.0/24和10.244.2.0/24，并将分配信息保存在etcd持久存储。
第二个问题的解决，Flannel是采用不同类型的后端网络模型进行处理。其后端的类型有以下几种：
- VxLAN：使用内核中的VxLAN模块进行封装报文。也是flannel推荐的方式，其报文格式如下：
- host-gw：即Host GateWay，通过在节点上创建目标容器地址的路由直接完成报文转发，要求各节点必须在同一个2层网络，对报文转发性能要求较高的场景使用。
- UDP：使用普通的UDP报文封装完成隧道转发。

1.5、VxLAN后端和direct routing

VxLAN（Virtual extensible Local Area Network）虚拟可扩展局域网，采用MAC in UDP封装方式，具体的实现方式为：
- 1、将虚拟网络的数据帧添加到VxLAN首部，封装在物理网络的UDP报文中
- 2、以传统网络的通信方式传送该UDP报文
- 3、到达目的主机后，去掉物理网络报文的头部信息以及VxLAN首部，并交付给目的终端
跨节点的Pod之间的通信就是以上的一个过程，整个过程中通信双方对物理网络是没有感知的。如下网络图：
VxLAN的部署可以直接在官方上找到其YAML文件，如下

[root@k8s-master:~# kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/bc79dd1505b0c8681ece4de4c0d86c5cd2643275/Documentation/kube-flannel.yml
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel created
serviceaccount/flannel created
configmap/kube-flannel-cfg created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-amd64 created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-arm64 created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-arm created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-ppc64le created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-s390x created
 
#输出如下结果表示flannel可以正常运行了
[root@k8s-master ~]# kubectl get daemonset -n kube-system
NAME              DESIRED   CURRENT   READY     UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR                   AGE
kube-flannel-ds   3         3         3         3            3           beta.kubernetes.io/arch=amd64   202d
kube-proxy        3         3         3         3            3           beta.kubernetes.io/arch=amd64   202d

运行正常后，flanneld会在宿主机的/etc/cni/net.d目录下生成自已的配置文件，kubelet将会调用它。
网络插件运行成功后，Node状态才Ready。

[root@k8s-master ~]# kubectl get node
NAME         STATUS    ROLES     AGE       VERSION
k8s-master   Ready     master    202d      v1.11.2
k8s-node01   Ready     <none>    202d      v1.11.2
k8s-node02   Ready     <none>    201d      v1.11.2

flannel运行后，在各Node宿主机多了一个网络接口

#master节点的flannel.1网络接口，其网段为：10.244.0.0
[root@k8s-master ~]# ifconfig flannel.1
flannel.1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
        inet 10.244.0.0  netmask 255.255.255.255  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::31:5dff:fe01:4bc0  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 02:31:5d:01:4b:c0  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 1659239  bytes 151803796 (144.7 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 2115439  bytes 6859187242 (6.3 GiB)
        TX errors 0  dropped 10 overruns 0  carrier 0  collisions 0
 
#node1节点的flannel.1网络接口，其网段为：10.244.1.0
[root@k8s-node01 ~]# ifconfig flannel.1
flannel.1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
        inet 10.244.1.0  netmask 255.255.255.255  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::2806:4ff:fe71:2253  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 2a:06:04:71:22:53  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 136904  bytes 16191144 (15.4 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 180775  bytes 512637365 (488.8 MiB)
        TX errors 0  dropped 8 overruns 0  carrier 0  collisions 0
 
#node2节点的flannel.1网络接口，其网段为：10.244.2.0
[root@k8s-node02 ~]# ifconfig flannel.1
flannel.1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
        inet 10.244.2.0  netmask 255.255.255.255  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::58b7:7aff:fe8d:2d  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 5a:b7:7a:8d:00:2d  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 9847824  bytes 12463823121 (11.6 GiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 2108796  bytes 185073173 (176.4 MiB)
        TX errors 0  dropped 13 overruns 0  carrier 0  collisions 0

从上面的结果可以知道：
- 1、flannel默认就是VXLAN模式，即Overlay Network。
- 2、flanneld创建了一个flannel.1接口，它是专门用来封装隧道协议的，默认分给集群的Pod网段为10.244.0.0/16。
- 3、flannel给k8s-master节点配置的Pod网络为10.244.0.0段，给k8s-node01节点配置的Pod网络为10.244.1.0段，给k8s-node01节点配置的Pod网络为10.244.2.0段，如果有更多的节点，以此类推。

举个实际例子

#启动一个nginx容器，副本为3
[root@k8s-master ~]# kubectl run nginx --image=nginx:1.14 --port=80 --replicas=3
deployment.apps/nginx created
 
#查看Pod
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -o wide |grep nginx
nginx-5bd76bcc4f-8s64s                1/1       Running    0          2m        10.244.2.85    k8s-node02
nginx-5bd76bcc4f-mr6k5                1/1       Running    0          2m        10.244.1.146   k8s-node01
nginx-5bd76bcc4f-pb257                1/1       Running    0          2m        10.244.0.17    k8s-master

可以看到，3个Pod都分别运行在各个节点之上，其中master上的Pod的ip为：10.244.0.17，在master节点上查看网络接口可以发现在各个节点上多了一个虚拟接口cni0，其ip地址为10.244.0.1。它是由flanneld创建的一个虚拟网桥叫cni0，在Pod本地通信使用。这里需要注意的是，cni0虚拟网桥，仅作用于本地通信！！！！

[root@k8s-master ~]# ifconfig cni0
cni0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
        inet 10.244.0.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 0.0.0.0
        inet6 fe80::848a:beff:fe44:4959  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 0a:58:0a:f4:00:01  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 2772994  bytes 300522237 (286.6 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 3180562  bytes 928687288 (885.6 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

flanneld为每个Pod创建一对veth虚拟设备，一端放在容器接口上，一端放在cni0桥上。使用brctl查看该网桥：

#可以看到有一veth的网络接口桥接在cni0网桥上
[root@k8s-master ~]# brctl show cni0
bridge name bridge id       STP enabled interfaces
cni0        8000.0a580af40001   no      veth020fafae
 
 
#宿主机ping测试访问Pod ip
[root@k8s-master ~]# ping 10.244.0.17
PING 10.244.0.17 (10.244.0.17) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.244.0.17: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.291 ms
64 bytes from 10.244.0.17: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.081 ms
^C
--- 10.244.0.17 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 3000ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.055/0.129/0.291/0.094 ms

在现有的Flannel VxLAN网络中，两台主机上的Pod间通信，也是正常的，如master节点上的Pod访问node01上的Pod：

[root@k8s-master ~]# kubectl exec -it nginx-5bd76bcc4f-pb257 -- /bin/bash
root@nginx-5bd76bcc4f-pb257:/# ping 10.244.1.146
PING 10.244.1.146 (10.244.1.146) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.244.1.146: icmp_seq=1 ttl=62 time=1.44 ms
64 bytes from 10.244.1.146: icmp_seq=2 ttl=62 time=0.713 ms
64 bytes from 10.244.1.146: icmp_seq=3 ttl=62 time=0.713 ms
64 bytes from 10.244.1.146: icmp_seq=4 ttl=62 time=0.558 ms
^C
--- 10.244.1.146 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 3004ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.558/0.858/1.448/0.346 ms

可以看到容器跨主机是可以正常通信的，那么容器的跨主机通信是如何实现的呢？？？？？master上查看路由表信息：

[root@k8s-master ~]# ip route
......
10.244.1.0/24 via 10.244.1.0 dev flannel.1 onlink
10.244.2.0/24 via 10.244.2.0 dev flannel.1 onlink
......

发送到10.244.1.0/24和10.244.20/24网段的数据报文发给本机的flannel.1接口，即进入二层隧道，然后对数据报文进行封装（封装VxLAN首部-->UDP首部-->IP首部-->以太网首部），到达目标Node节点后，由目标Node上的flannel.1进行解封装。使用tcpdump进行抓一下包，如下

#在宿主机和容器内都进行ping另外一台主机上的Pod ip并进行抓包
[root@k8s-master ~]# ping -c 10 10.244.1.146
[root@k8s-master ~]# kubectl exec -it nginx-5bd76bcc4f-pb257 -- /bin/bash
root@nginx-5bd76bcc4f-pb257:/# ping 10.244.1.146
 
[root@k8s-master ~]# tcpdump -i flannel.1 -nn host 10.244.1.146
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on flannel.1, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
 
#宿主机ping后抓包情况如下：
22:22:35.737977 IP 10.244.0.0 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 29493, seq 1, length 64
22:22:35.738902 IP 10.244.1.146 > 10.244.0.0: ICMP echo reply, id 29493, seq 1, length 64
22:22:36.739042 IP 10.244.0.0 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 29493, seq 2, length 64
22:22:36.739789 IP 10.244.1.146 > 10.244.0.0: ICMP echo reply, id 29493, seq 2, length 64
 
#容器ping后抓包情况如下：
22:33:49.295137 IP 10.244.0.17 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 837, seq 1, length 64
22:33:49.295933 IP 10.244.1.146 > 10.244.0.17: ICMP echo reply, id 837, seq 1, length 64
22:33:50.296736 IP 10.244.0.17 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 837, seq 2, length 64
22:33:50.297222 IP 10.244.1.146 > 10.244.0.17: ICMP echo reply, id 837, seq 2, length 64
22:33:51.297556 IP 10.244.0.17 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 837, seq 3, length 64
22:33:51.298054 IP 10.244.1.146 > 10.244.0.17: ICMP echo reply, id 837, seq 3, length 64
 
# 可以看到报文都是经过flannel.1网络接口进入2层隧道进而转发

VXLAN是Linux内核本身支持的一种网络虚拟化技术，是内核的一个模块，在内核态实现封装解封装，构建出覆盖网络，其实就是一个由各宿主机上的Flannel.1设备组成的虚拟二层网络。
由于VXLAN由于额外的封包解包，导致其性能较差，所以Flannel就有了host-gw模式，即把宿主机当作网关，除了本地路由之外没有额外开销，性能和calico差不多，由于没有叠加来实现报文转发，这样会导致路由表庞大。因为一个节点对应一个网络，也就对应一条路由条目。
host-gw虽然VXLAN网络性能要强很多。，但是种方式有个缺陷：要求各物理节点必须在同一个二层网络中。物理节点必须在同一网段中。这样会使得一个网段中的主机量会非常多，万一发一个广播报文就会产生干扰。在私有云场景下，宿主机不在同一网段是很常见的状态，所以就不能使用host-gw了。
VXLAN还有另外一种功能，VXLAN也支持类似host-gw的玩法，如果两个节点在同一网段时使用host-gw通信，如果不在同一网段中，即当前pod所在节点与目标pod所在节点中间有路由器，就使用VXLAN这种方式，使用叠加网络。结合了Host-gw和VXLAN，这就是VXLAN的Direct routing模式

Flannel VxLAN的Direct routing模式配置

修改kube-flannel.yml文件，将flannel的configmap对象改为：

[root@k8s-master ~]# vim kube-flannel.yml
......
 net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",   #默认网段
      "Backend": {
        "Type": "vxlan",
        "Directrouting": true   #增加
      }
    }
......
 
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel configured
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel configured
serviceaccount/flannel unchanged
configmap/kube-flannel-cfg configured
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-amd64 created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-arm64 created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-arm created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-ppc64le created
daemonset.extensions/kube-flannel-ds-s390x created
 
#查看路由信息
[root@k8s-master ~]# ip route
......
10.244.1.0/24 via 192.168.56.12 dev eth0
10.244.2.0/24 via 192.168.56.13 dev eth0

从上面的结果可以看到，发往10.244.1.0/24和10.244.1.0/24的包都是直接经过eth0网络接口直接发出去的，这就是Directrouting。如果两个节点是跨网段的，则flannel自动降级为VxLAN模式。
此时，在各个集群节点上执行“iptables -nL”命令可以看到， iptables filter 表的 FORWARD 链上由其生成了如下两条转发规则，它显式放行了10. 244. 0. 0/ 16 网络进出的所有报文，用于确保由物理接口接收或发送的目标地址或源地址为10. 244. 0. 0/ 16网络的所有报文均能够正常通行。这些是 Direct Routing 模式得以实现的必要条件：

target      prot    opt     source              destination
ACCEPT      all     --  10. 244. 0. 0/ 16       0. 0. 0. 0/ 0
ACCEPT      all     --  0. 0. 0. 0/ 0           10. 244. 0. 0/ 16

再在此之前创建的Pod和宿主机上进行ping测试，可以看到在flannel.1接口上已经抓不到包了，在eth0上可以用抓到ICMP的包，如下：

[root@k8s-master ~]# tcpdump -i flannel.1 -nn host 10.244.1.146
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on flannel.1, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
^C
0 packets captured
0 packets received by filter
0 packets dropped by kernel
 
[root@k8s-master ~]# tcpdump -i eth0 -nn host 10.244.1.146
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
22:48:52.376393 IP 10.244.0.17 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 839, seq 1, length 64
22:48:52.376877 IP 10.244.1.146 > 10.244.0.17: ICMP echo reply, id 839, seq 1, length 64
22:48:53.377005 IP 10.244.0.17 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 839, seq 2, length 64
22:48:53.377621 IP 10.244.1.146 > 10.244.0.17: ICMP echo reply, id 839, seq 2, length 64
 
22:50:28.647490 IP 192.168.56.11 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 46141, seq 1, length 64
22:50:28.648320 IP 10.244.1.146 > 192.168.56.11: ICMP echo reply, id 46141, seq 1, length 64
22:50:29.648958 IP 192.168.56.11 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 46141, seq 2, length 64
22:50:29.649380 IP 10.244.1.146 > 192.168.56.11: ICMP echo reply, id 46141, seq 2, length 64

1.6、Host-gw后端

Flannel除了上面2种数据传输的方式以外，还有一种是host-gw的方式，host-gw后端是通过添加必要的路由信息使用节点的二层网络直接发送Pod的通信报文。它的工作方式类似于Directrouting的功能，但是其并不具备VxLan的隧道转发能力。
编辑kube-flannel的配置清单，将ConfigMap资源kube-flannel-cfg的data字段中网络配置进行修改，如下：

[root@k8s-master ~]# vim kube-flannel.yml
......
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "host-gw"
      }
    }
......
 
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

配置完成后，各节点会生成类似directrouting一样的路由和iptables规则，用于实现二层转发Pod网络的通信报文，省去了隧道转发模式的额外开销。但是存在的问题点是，对于不在同一个二层网络的报文转发，host-gw是无法实现的。延续上面的例子，进行抓包查看：
master上的Pod：10.244.0.17向node01节点上的Pod：10.244.1.146发送ICMP报文

#查看路由表信息，可以看到其报文的发送方向都是和Directrouting是一样的
[root@k8s-master ~]# ip route
......
10.244.1.0/24 via 192.168.56.12 dev eth0
10.244.2.0/24 via 192.168.56.13 dev eth0
.....
 
#进行ping包测试
[root@k8s-master ~]# ping -c 2 10.244.1.146
 
#在eth0上进行抓包
[root@k8s-master ~]# tcpdump -i eth0 -nn host 10.244.1.146
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
23:11:05.556972 IP 192.168.56.11 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 59528, seq 1, length 64
23:11:05.557794 IP 10.244.1.146 > 192.168.56.11: ICMP echo reply, id 59528, seq 1, length 64
23:11:06.558231 IP 192.168.56.11 > 10.244.1.146: ICMP echo request, id 59528, seq 2, length 64
23:11:06.558610 IP 10.244.1.146 > 192.168.56.11: ICMP echo reply, id 59528, seq 2, length 64

该模式下，报文转发的相关流程如下：
- 1、Pod（10.244.0.17）向Pod（10.244.1.146）发送报文，查看到报文中的目的地址为：10.244.1.146，并非本地网段，会直接发送到网关（192.168.56.11）；
- 2、网关发现该目标地址为10.244.1.146，要到达10.244.1.0/24网段，需要送达到node2 的物理网卡，node2接收以后发现该报文的目标地址属于本机上的另一个虚拟网卡，然后转发到相对应的Pod（10.244.1.146）
工作模式流程图如下：
以上就是Flannel网络模型的三种工作模式，但是flannel自身并不具备为Pod网络实现网络策略和网络通信隔离的功能，为此只能借助于Calico联合统一的项目Calnal项目进行构建网络策略的功能。

posted @ 2021-05-16 20:37 SRE运维充电站阅读(550) 评论(0) 编辑收藏举报

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1.5、VxLAN后端和direct routing

1.6、Host-gw后端

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