Kubernetes 1.28.15 版本网络通信详解

本文档针对 Kubernetes（简称 K8S）1.28.15 版本，详细阐述其网络通信的核心原理、核心组件、网络策略、常用网络插件适配及典型问题排查方法。K8S 1.28.15 作为 1.28 系列的补丁版本，聚焦于稳定性修复与安全加固，其网络核心架构延续 1.28 主线版本设计，未引入突破性网络特性，仅对部分网络相关 Bug 进行了修复，确保网络通信的可靠性与安全性。

一、K8S 网络通信核心原理与设计原则

1.1 核心设计原则

K8S 网络通信遵循以下核心原则，为容器化应用提供高效、灵活的网络环境：

每个 Pod 拥有独立 IP 地址：Pod 是 K8S 网络的最小单元，每个 Pod 被分配一个唯一的 IPv4/IPv6 地址（默认 IPv4），Pod 内所有容器共享该 IP 地址和网络命名空间，容器间通过 localhost 直接通信。
Pod 间直接通信（无 NAT）：同一集群内的 Pod 无论是否部署在同一节点，均可通过 Pod IP 直接通信，无需经过网络地址转换（NAT），简化了跨节点 Pod 通信的复杂度。
节点与 Pod 间通信：节点可直接访问集群内所有 Pod，Pod 也可直接访问所在节点及其他节点的网络资源。
集群网络与外部网络隔离：集群内部网络（Pod 网络、节点网络）与外部网络通过特定组件（如 Service、Ingress）实现受控访问，确保集群网络安全。

1.2 网络模型核心组件交互

K8S 1.28.15 网络通信依赖于节点网络、Pod 网络、Service 网络三大网络平面，各平面通过核心组件协同工作：

节点网络：即集群中物理机/虚拟机节点的网络，用于节点间通信及节点与外部网络通信，是 Pod 网络的基础承载网络。
Pod 网络：由网络插件（如 Calico、Flannel）实现，为 Pod 分配私有 IP 地址，负责 Pod 间跨节点通信。网络插件通过在节点上创建虚拟网络设备（如 veth pair、bridge、tun/tap）、配置路由规则等方式构建 Pod 网络。
Service 网络：是集群内部的虚拟网络，用于为 Pod 提供稳定的访问入口。Service 控制器通过 Selector 关联 Pod 集群，为 Service 分配固定的 Cluster IP，客户端通过 Cluster IP 访问 Service，再由 Service 实现请求的负载均衡分发至后端 Pod。

二、K8S 1.28.15 核心网络组件详解

2.1 容器网络接口（CNI）

CNI 是 K8S 网络的核心标准，定义了容器网络配置与管理的接口规范，K8S 1.28.15 兼容 CNI v0.4.0+ 版本。K8S 通过 CNI 插件实现 Pod 网络的创建、删除等生命周期管理：

工作流程：当 kubelet 启动 Pod 时，会根据集群配置的 CNI 插件（如 /etc/cni/net.d 目录下的配置文件），调用 CNI 插件为 Pod 创建网络命名空间、配置网络接口（如将 veth pair 的一端接入 Pod 网络命名空间，另一端接入节点的虚拟网桥或直接路由）、分配 IP 地址并配置路由规则；当 Pod 被删除时，kubelet 调用 CNI 插件清理相关网络资源。
1.28.15 相关优化：该版本修复了 CNI 插件调用过程中偶发的资源泄漏问题，确保 Pod 销毁时网络资源（如 veth 设备、路由条目）能被正常释放，避免节点网络资源耗尽。

2.2 kube-proxy

kube-proxy 是 K8S 集群中每个节点上运行的网络代理组件，负责实现 Service 的核心功能（负载均衡、服务发现、会话保持等），K8S 1.28.15 中 kube-proxy 支持 iptables、IPVS 两种模式（默认 iptables 模式），同时兼容 eBPF 模式（实验性特性）。

2.2.1 核心功能

Service 流量转发：监听 kube-apiserver 中 Service 和 Endpoints 的变化，动态更新节点上的网络规则（iptables 规则、IPVS 虚拟服务等），将访问 Service Cluster IP 的流量转发至后端健康的 Pod。
负载均衡：支持多种负载均衡算法（如 iptables 模式下的随机算法、IPVS 模式下的轮询、最小连接数等），确保流量均匀分发至后端 Pod。
会话保持：通过配置 Service 的 sessionAffinity 字段（支持 ClientIP、None 两种模式），实现同一客户端的请求持续转发至同一 Pod。

2.2.2 1.28.15 版本修复点

该版本针对 kube-proxy 进行了以下 Bug 修复：

修复了 IPVS 模式下，当后端 Pod 频繁上下线时，kube-proxy 未及时清理无效 IPVS 后端节点，导致流量转发失败的问题。
优化了 iptables 模式下规则更新效率，减少了大量 Service 变更时 kube-proxy 占用的 CPU 资源。
修复了 eBPF 模式下偶发的网络连通性问题，提升了实验性特性的稳定性。

2.3 服务发现与负载均衡组件

2.3.1 Service

Service 是 K8S 中用于暴露 Pod 服务的抽象资源，为 Pod 提供稳定的访问入口（Cluster IP、NodePort、LoadBalancer、ExternalName 等类型）。K8S 1.28.15 中 Service 的核心功能无变化，主要修复了部分边缘场景的稳定性问题：

修复了 LoadBalancer 类型 Service 在云厂商负载均衡器后端节点更新时的延迟问题，确保流量能快速切换至新的健康节点。
优化了 NodePort 类型 Service 的端口分配逻辑，避免端口冲突问题。

2.3.2 Ingress

Ingress 用于管理集群外部访问集群内部 Service 的 HTTP/HTTPS 流量，通过定义规则将外部请求路由至不同的 Service。K8S 1.28.15 中 Ingress 控制器（如 Nginx Ingress Controller）的兼容性得到提升，同时修复了部分路由规则匹配异常的问题：

支持对 TLS 1.3 协议的更好兼容，提升了 HTTPS 通信的安全性。
修复了 Ingress 规则中路径匹配时的大小写敏感问题，确保路由规则按预期生效。

三、K8S 1.28.15 网络策略（Network Policy）

Network Policy 是 K8S 中用于控制 Pod 间网络流量的安全策略，基于标签选择器对入站（Ingress）和出站（Egress）流量进行精细化控制。K8S 1.28.15 中 Network Policy 功能完全兼容 1.28 主线版本，支持的策略规则无变化，主要优化了策略生效的及时性。

3.1 核心功能

流量控制维度：可根据 Pod 标签、命名空间标签、IP 地址段、端口号等维度定义流量规则。
默认策略：若未定义 Network Policy，集群内所有 Pod 间的流量默认允许；若定义了针对某类 Pod 的 Network Policy，则仅允许符合规则的流量通过。
支持协议：支持 TCP、UDP、SCTP 等协议的流量控制，可针对特定端口号进行精细化管控。

3.2 1.28.15 版本优化

修复了 Network Policy 规则更新后，部分网络插件（如 Calico）未及时同步规则，导致流量控制延迟的问题，确保策略变更能快速生效，提升集群网络安全的实时性。

四、常用网络插件在 1.28.15 版本的适配

K8S 1.28.15 兼容主流网络插件，以下是常用插件的适配情况及注意事项：

4.1 Calico

适配版本：推荐使用 Calico v3.26+ 版本，该版本与 K8S 1.28.15 完全兼容。
优势：支持网络策略、BGP 路由模式、IPIP 隧道模式，性能优异，适合大规模集群；支持 IPv4/IPv6 双栈网络。
注意事项：在 K8S 1.28.15 中部署 Calico 时，需确保 Calico 控制器能正常监听 kube-apiserver 的 Service 和 Endpoints 变化，避免因权限问题导致网络规则同步失败。

4.2 Flannel

适配版本：推荐使用 Flannel v0.22+ 版本。
优势：部署简单、轻量，适合中小型集群；支持 UDP、VXLAN 等后端网络模式。
注意事项：Flannel 原生不支持 Network Policy，若需使用网络策略，需搭配 Calico 等支持该功能的插件；在 VXLAN 模式下，需确保节点间 UDP 4789 端口畅通。

4.3 Cilium

适配版本：推荐使用 Cilium v1.14+ 版本。
优势：基于 eBPF 技术，性能优于传统 iptables/IPVS 模式；支持高级网络策略、服务网格（Service Mesh）功能；对 K8S 1.28.15 的 eBPF 模式兼容性良好。
注意事项：部署 Cilium 时需关闭节点上的 kube-proxy（Cilium 可替代 kube-proxy 功能）；确保节点内核版本不低于 5.4（推荐 5.15+），以支持 eBPF 相关特性。

五、K8S 1.28.15 网络通信问题排查

本节针对 1.28.15 版本常见的网络通信问题，提供排查思路和解决方法：

5.1 Pod 间无法通信

排查步骤

检查 Pod 状态：通过kubectl get pods -o wide 查看 Pod 是否正常运行，确认 Pod 所在节点、Pod IP。
检查节点网络连通性：在两个 Pod 所在节点执行 ping 节点 IP，确认节点间网络畅通。
检查 CNI 插件状态：查看节点上 CNI 插件相关进程（如 calico-node、flanneld）是否正常运行，日志是否有报错（journalctl -u calico-node）。
检查 Pod 网络配置：进入 Pod 内部，执行 ip addr 查看网络接口配置，ping 目标 Pod IP 测试连通性，traceroute 目标 Pod IP 追踪路由路径。

常见解决方法

重启 CNI 插件进程：若 CNI 插件异常，执行 systemctl restart calico-node（根据插件类型调整）重启进程。
重建异常 Pod：若 Pod 网络配置异常，执行 kubectl delete pod <pod-name> 重建 Pod，触发 CNI 插件重新配置网络。
检查防火墙规则：节点防火墙（如 iptables、firewalld）可能阻止 Pod 网络流量，需放行 Pod 网络段的入出站流量。

5.2 Service 无法访问

排查步骤

检查 Service 状态：通过 kubectl get svc <service-name> 查看 Service 是否正常，确认 Cluster IP、端口号。
检查 Endpoints：通过 kubectl describe svc <service-name>查看 Endpoints 是否包含健康的 Pod IP，若 Endpoints 为空，说明 Service 与 Pod 匹配失败（检查 Selector 标签是否正确）。
检查 kube-proxy 状态：查看节点上 kube-proxy 进程是否正常运行，日志是否有报错（journalctl -u kube-proxy）。
测试 Service 连通性：在节点上执行 curl <cluster-ip>:<port> 测试 Service 访问，若无法访问，检查 iptables/IPVS 规则（iptables -L -n | grep <cluster-ip> 或 ipvsadm -Ln）。

常见解决方法

修复 Service Selector：确保 Service 的 Selector 标签与 Pod 的标签一致，使 Endpoints 能正确关联 Pod。
重启 kube-proxy：若 kube-proxy 规则异常，执行 systemctl restart kube-proxy 重启进程，重新生成网络规则。
检查 Pod 健康状态：若 Pod 未通过就绪探针（Readiness Probe），会被排除在 Endpoints 之外，需修复 Pod 应用，确保就绪探针正常。

5.3 外部网络无法访问集群服务

排查步骤

检查服务暴露方式：确认 Service 类型为 NodePort 或 LoadBalancer，或已配置 Ingress 规则。
检查 NodePort 访问：若为 NodePort 类型 Service，执行 curl <node-ip>:<node-port> 测试访问，若无法访问，检查节点防火墙是否放行 NodePort 端口。
检查 LoadBalancer 状态：若为 LoadBalancer 类型 Service，查看云厂商负载均衡器是否正常创建，后端节点是否健康。
检查 Ingress 规则：若使用 Ingress，通过 kubectl describe ingress <ingress-name> 查看规则是否正确，Ingress 控制器日志是否有报错。

常见解决方法

放行 NodePort 端口：在节点防火墙中放行 NodePort 端口段（默认 30000-32767）的入站流量。
修复 Ingress 规则：确保 Ingress 的 host、path 规则正确，且后端 Service 存在并正常运行。
检查负载均衡器配置：若使用云厂商 LoadBalancer，确认负载均衡器的监听端口、后端转发规则正确，安全组放行相关流量。

六、总结

Kubernetes 1.28.15 版本的网络通信架构延续了 K8S 核心设计理念，通过 CNI 插件、kube-proxy、Service、Ingress 等组件协同工作，实现了 Pod 间的高效通信、服务的稳定暴露及流量的精细化控制。该版本聚焦于网络相关组件的稳定性修复，提升了 CNI 插件调用、kube-proxy 规则更新、Network Policy 生效的可靠性。在实际部署与运维过程中，需根据集群规模和业务需求选择合适的网络插件，重点关注 Pod 网络连通性、Service 负载均衡、外部网络访问等核心场景，结合本文档提供的排查方法快速解决网络问题，确保集群网络环境的稳定与安全。