k8s网络

pod 网络

在K8S集群里,多个节点上的Pod相互通信,要通过网络插件来完成,比如Calico网络插件。

使用kubeadm初始化K8S集群时,有指定一个参数--pod-network-cidr=10.18.0.0/16 它用来定义Pod的网段。

而我们在配置Calico的时候,同样也有定义一个CALICO_IPV4POOL_CIDR的参数,它的值同样也是Pod的网段。

容器网络尤其是在跨主机容器间的网络是非常复杂的。目前主流的容器网络模型主要有Docker公司提出的Container Network Model (CNM)模型和CoreOS公司提出的Container Network Interface (CNI)模型,而Kubernetes采用了由CoreOS公司提出的CNI模型。

1)CNI

首先我们介绍一下什么是 CNI,它的全称是 Container Network Interface,即容器网络的 API 接口。

CNI本身并不能提供网络服务,它只是定义了对容器网络进行操作和配置的规范。CNI仅关注在创建容器时分配网络资源,和在销毁容器时删除网络资源,这使得CNI规范非常轻巧、易于实现,得到了广泛的支持。

而真正实现和落地这些规范的是CNI插件。常见的CNI插件包括Calico、flannel、Terway、Weave Net 以及 Contiv。

2)K8S如何使用CNI插件

K8s 通过 CNI 配置文件来决定使用什么 CNI插件。

基本的使用方法为:

  1. 首先在每个节点上配置 CNI 配置文件(/etc/cni/net.d/xxnet.conf),其中 xxnet.conf 是某一个网络配置文件的名称。
  2. 安装CNI配置文件对应的二进制插件,在/opt/cni/bin目录中。
  3. 在这个节点上创建pod之后,kubelet就会跟进CNI配置文件执行安装CNI插件。

在集群里面创建一个Pod的时候,首先会通过apiserver将Pod 的配置写入。apiserver的一些管控组件

(比如 Scheduler)会调度到某个具体的节点上去。Kubelet监听到这个Pod 的创建之后,会在本地进行

一些创建的操作。当执行到创建网络这一步骤时,它首先会读取刚才我们所说的配置目录中的配置文件,配置文件里面会声明所使用的是哪一个插件,然后去执行具体的CNI插件的二进制文件,再由 CNI插件进入 Pod 的网络空间去配置Pod 的网络。配置完成之后,Kuberlet也就完成了整个Pod 的创建过程,这个Pod 就在线了。

3)基于Calico的Pod网络

Service 网络

在介绍Service这个api资源对象时,我们已经汇总过Service的几个type:ClusterIP、NodePort、LoadeBalancer,除了这三个还有其它的类型,暂且不讨论。

这三种类型的Service,LoadBalancer依赖NodePort,而NodePort通常要和ClusterIP一起使用,如果在Service的yaml文件里定义type为LoadBalancer,则它会自动创建NodePort,而NodePort也会自动创建ClusterIP。

展示一下pod到service的网络变化情况(演绎通信流程):

1)单个Pod之间通信

单个Pod和Pod之间通信只能通过Pod的IP和Port来通信,如下图

2)Pod有多个

当引入了Deployment,并为Pod设置多个副本时,那么提供某一个服务(如Nginx服务)的Pod就不止一个了,此时即使知道了这些Pod的IP,那访问起来也并不方便。所以,这里需要有一个统一入口,其它Pod通过这个统一入口去请求该服务(Nginx)对应的所有Pod。 这时就有了Service这个资源对象,它主要作用就是用来提供统一入口,也就是说只需要一个IP就能访问所有的Pod,而这个入口IP就是ClusterIP,也就是Service的IP。

3)外部资源访问内部Pod

有了Service,的确可以很方便为内部的Pod提供入口,但是在集群外面访问这个内部的资源就没办法了。于是,就有了这个NodePort,使用Service的NodePort类型,可以将Service的ClusterIP对应的Port映射到每一个Node的IP上,映射出去的Port范围为30000~32767

4)借助公有云的负载均衡器

使用这个NodePort并不方便,毕竟它带着一个长长的端口号,而且还有一个非常尴尬的问题,就是访问时还得带着Node的IP,如果这个Node挂掉,那么就无法访问此资源,虽然可以通过另外一个Node去访问,但这样太麻烦了!所以,此时的解决方案是:借助三方的负载均衡器,将请求分发到所有的Node上,其底层还是NodePort。

总结:Service为内部Pod的统一入口,内部资源之间可以通过最简单的ClusterIP进行通信,而外部资源访问需要借助NodePort的形式,但是带着长长端口不方便,于是又衍生了LoadBalancer的形式,这种形式需要借助三方的负载均衡器,将请求分发到每一个NodePort上。

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