Kubernetes 网络模式深入解析？

文章目录

- - [1. Overlay 模式（隧道模式）](#1. Overlay 模式（隧道模式）)
  - [2. Routing 模式（路由模式）](#2. Routing 模式（路由模式）)
  - [3. Underlay 模式（物理直连模式）](#3. Underlay 模式（物理直连模式）)
  - 总结对比表：网络模式选型
  - 整合进清单的建议：

Kubernetes 的网络模型有一个核心原则：所有 Pod 都可以不通过 NAT（网络地址转换）而直接互相通信。

为了实现这个"大平层"网络，CNI（容器网络接口）插件主要通过三种模式来实现。你提到的 Underlay 确实存在，它是与 Overlay 相对的概念。

以下是 Kubernetes 网络模式的通俗解构：

1. Overlay 模式（隧道模式）

形象比喻： 像是在现有的公路上（物理网）加盖了一层"封闭式高架桥"（逻辑网）。

技术原理： 封包传输。Pod 发出的原始包会被包装在一个"宿主机包"里。当包到达目的地节点时，再拆掉外壳，取出原始包。常见的协议有 VxLAN 和 IPIP。
Underlay 关系： 它对底层物理网络（Underlay）没有任何要求，只要节点之间 IP 能通，高架桥就能盖起来。
优点： 兼容性极强，不受底层网络网段、交换机配置限制。
缺点： 封包拆包消耗 CPU；包头变大导致有效载荷减少（MTU 问题）；性能损耗约 5%~15%。
主流插件： Flannel (VxLAN), Calico (IPIP/VxLAN)。

2. Routing 模式（路由模式）

形象比喻： 节点就是"邮局"。每个节点告诉邻居："我这里负责 10.244.1.0 段的邮递，有这类信件请传给我。"

技术原理： 纯路由转发。Pod 的原始包直接在物理网络上传输，不封包。通过在主机上配置静态路由或使用 BGP 协议 动态告诉交换机/其他节点如何到达 Pod IP。
Underlay 关系： 它是 Overlay 与 Underlay 之间的桥梁。它利用了 Underlay 的转发能力，但 Pod IP 通常还是独立的私有段。
优点： 性能极高，几乎等同于物理网速。
缺点：
- Host-Gateway (静态)： 要求所有节点必须在同一个二层网段（VLAN）。
- BGP (动态)： 需要底层物理交换机支持 BGP 协议并配合配置。
主流插件： Calico (BGP), Flannel (Host-gw)。

3. Underlay 模式（物理直连模式）

形象比喻： Pod 不再是躲在宿主机后面的"小弟"，它直接向物理网络申领"身份证"（IP），和宿主机在地位上是平等的。

技术原理： 直接将 Pod 接入物理网。Pod 的 IP 地址就是物理网络段的一部分（比如和宿主机在同一个网段）。常见的技术有 MACVLAN 、IPvlan 或直接对接云厂商的 VPC。
与 Underlay 的关系： 它是真正意义上的 Underlay 方案。Pod 完全依赖物理网络的交换机进行流量调度。
优点： 性能最好，时延最低；外部网络可以直接访问 Pod IP（无需经过 NodePort）。
缺点：
- 极度消耗物理网络的 IP 资源。
- 对物理网络环境高度依赖。
- 网络策略（Security Policy）难以在 K8s 层面控制，通常要在交换机上做。
主流插件： Multus, Macvlan, 云厂商专有 CNI (如阿里云 Terway, AWS VPC CNI)。

总结对比表：网络模式选型

特性	Overlay (隧道)	Routing (路由/BGP)	Underlay (直连)
性能	一般（有额外开销）	优异（接近线速）	极高（等同物理机）
底层网络要求	无要求，只要 IP 通	需二层互通或交换机支持 BGP	物理网 IP 充足，需交换机配合
跨网段支持	支持	取决于是否开启 BGP	取决于物理网络架构
配置复杂度	简单（一键安装）	中等（需配 BGP 或静态路由）	复杂（需网络组深度参与）
适用场景	跨云、跨网段、追求稳定兼容	大规模、高并发微服务	金融、低延迟通信、老旧系统接入

整合进清单的建议：

在你的"网络服务"清单中，关于 CNI 插件选型，你可以这样描述：

CNI 模式选型建议：

若追求部署简单、无视物理环境： 选 Overlay (VxLAN/IPIP)。

若追求高性能且节点在同一网段： 选 Routing (Host-gw)。

若具备 BGP 交换机权限且追求极致性能： 选 Routing (BGP)。

若 Pod 需直接暴露在物理网且有极低延迟需求： 选 Underlay (MACVLAN/云专有CNI)。

架构师提示： 调研时，重点问客户："你们的交换机支持 BGP 协议吗？" 或者 "你们允许 Pod 直接占用物理内网 IP 吗？"。这两个问题的答案直接决定了你只能选 Overlay 还是可以尝试 Underlay/Routing。