Kubernetes Pod 网络与 Service 网络全解析

文章目录

[Kubernetes Pod 网络与 Service 网络全解析](#Kubernetes Pod 网络与 Service 网络全解析)
- 一、前言：
- 二、结构图
- [三、Pod 网络详解](#三、Pod 网络详解)
- - 可分配的子网数量
  - 可以支持的节点数量
  - [POD IP 如何分配](#POD IP 如何分配)
  - POD跨节点通信管理
  - 四、总结

Kubernetes Pod 网络与 Service 网络全解析

一、前言：

很久没有写博客了。过去这一段时间里，忙于工作和生活的各种琐事，写作这件事被我无意间搁置了。如今重新打开编辑器，熟悉的界面让我有些感慨。是时候重新开始记录、思考、分享了。

很多同学在使用 Kubernetes 时，常常会对网络机制产生疑惑：

为什么每个 Pod 都有独立 IP？不同节点的 Pod 是如何互通的？Service 又是如何实现流量转发与负载均衡的？今天这篇文章就来聊聊这部分"老生常谈但又绕不开"的内容------

Kubernetes 中 Pod 与 Service 的网络分配与配置原理，带你理清其中的逻辑与实现方式。

二、结构图

三、Pod 网络详解

如上图所示：集群网络配置了Cluster_CIDR: 10.244.0.0/18，在集群中他是如何展开的呢？

首先了解所配置的网络可用 IP 数，如图：

可分配的子网数量

为什么是（32-18）？

一个 IPv4 地址共有 32 位（二进制位），例如:
ini 复制代码
```
192.168.0.1 = 11000000.10101000.00000000.00000001
```
IP 地址通常用 "网络位 + 主机位" 来区分：
- 网络位（Network bits）：用于标识子网。
- 主机位（Host bits）：用于标识该子网中的具体主机（如 Pod、VM 等）。
/18 是什么意思？
ini 复制代码
```
10.244.0.0/18
```
这表示：
- 前 18 位用于「网络标识」。
- 剩下的 32 - 18 = 14 位用于「主机标识」。

也就是说，这个网段里可以分配的 IP 数量，取决于这 14 位能组合出多少种不同的主机地址。由此可见可以使用 16384总地址数量。

可以支持的节点数量

算式：

ini 复制代码

{2}^{(32-24)}=256 -> 每个子网的地址数量（每个节点可分配的 IP 数）

疑惑：其中的24又是哪里来的？

解惑：整体概览中的 Kube-Controller-Manager的参数：--node-cidr-mask-size init32 （群集中节点cidr的掩码大小。 IPv4的默认值为24，IPv6的默认值为64），所以使用的24就是这么来的。每个节点上的 CNI（例如 Flannel、Calico 等）会为自己分配一个小网段，例如：

ini 复制代码

10.244.0.0/24
10.244.1.0/24
10.244.2.0/24
......

每个 /24 子网包含：

复制代码

2^(32 - 24) = 2^8 = 256 个 IP

那么根据计算结果得出，该集群最大支持 64 个节点，换句话说就是：

整个集群的 Pod 地址池是 /18。
每个节点分配一个 /24 子网。
理论上最多可以容纳 64 （10.244.0.0/24--10.244.63.0/24）个节点（每节点最多 256 个 Pod IP）。

POD IP 如何分配

经过以上的分析已经知道么个节点可以在下列中分配一个网段：

ini 复制代码

10.244.0.0/24
10.244.1.0/24
10.244.2.0/24
......

那么Node节点上的Pod IP为什么是10.244.xx.0/26的？接下来咱们一起看下！

当POD CICD已经分配的情况下，会通过Kube-Calico-Manager接口负责为每个Pod生成IP,该组件的默认配置--CALICO_IPV4POOL_BLOCK_SIZE String决定了默认的子网掩码（默认：26），所以生成的 Pod IPS是10.244.xx.0/26。

POD跨节点通信管理

如图展示，在每个 Node 节点分配了 10.244.(0-63).0/24的池子，又通过 Kube-Calico-Manager 生成了 POD IPS 的更小池子，当 POD 启动并且分配了 IP 时会在 Node 节点生成路由规则（通过BGP 广播

或IP-in-IP 隧道），例如：

ini 复制代码

10.244.xx.xx/26 <下一跳node-ip-address> <出口设备> <路由协议> onlink
10.244.xx.xx/26 <下一跳node-ip-address> <出口设备> <路由协议> onlink
10.244.xx.xx/26 <下一跳node-ip-address> <出口设备> <路由协议> onlink

根据路由规则就实现了跨节点的 POD 通信。

四、总结

本文全面介绍了 Kubernetes 中 Pod 网络的生成、配置、分发与通信机制。

通过对网络位划分、Block 分配、节点 Pod 容量等细节的讲解，相信大家对 Pod 网络已经有了系统性的认知。

下一篇文章将重点解析 Service 网络的规则与实现原理，敬请关注。