K8S 中 Pod 网络通信：

（1）Pod 内容器与容器之间的通信

在同一个 Pod 内的容器（Pod 内的容器是不会跨宿主机的）共享同一个网络命令空间，相当于它们在同一台机器上一样，可以用 localhost 地址访问彼此的端口。

（2）同一个 Node 内 Pod 之间的通信

每个 Pod 都有一个真实的全局 IP 地址，同一个 Node 内的不同 Pod 之间可以直接采用对方 Pod 的 IP 地址进行通信，Pod1 与 Pod2 都是通过 Veth 连接到同一个 docker0 网桥，网段相同，所以它们之间可以直接通信。

（3）不同 Node 上 Pod 之间的通信

Pod 地址与 docker0 在同一网段，docker0 网段与宿主机网卡是两个不同的网段，且不同 Node 之间的通信只能通过宿主机的物理网卡进行。

要想实现不同 Node 上 Pod 之间的通信，就必须想办法通过主机的物理网卡 IP 地址进行寻址和通信。因此要满足两个条件：Pod 的 IP 不能冲突；将 Pod 的 IP 和所在的 Node 的 IP 关联起来，通过这个关联让不同 Node 上 Pod 之间直接通过内网 IP 地址通信。

Overlay Network：

叠加网络，在二层或者三层基础网络上叠加的一种虚拟网络技术模式，该网络中的主机通过虚拟链路隧道连接起来（类似于VPN）。

VXLAN：

将源数据包封装到UDP中，并使用基础网络的IP/MAC作为外层报文头进行封装，然后在以太网上传输，到达目的地后由隧道端点解封装并将数据发送给目标地址。

5.2 Flannel 插件

Flannel 的功能是让集群中的不同节点主机创建的 Docker 容器都具有全集群唯一的虚拟 IP 地址。

Flannel 是 Overlay 网络的一种，也是将 TCP 源数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前支持 udp、vxlan、 host-GW 3种数据转发方式。

• UDP（默认方式，基于应用转发，配置简单，性能最差）
• VXLAN（基于内核转发）
• Host-gw（性能最好、配置麻烦）

5.2.1 Flannel UDP 模式（端口8285）

udp模式的工作原理：（基于应用进行转发，Flannel提供路由表，Flannel封装、解封装）

数据从 node01 上 Pod 的源容器中发出后，经由所在主机的 docker0 虚拟网卡转发到 flannel.1 虚拟网卡，flanneld 服务监听在 flannel.1 虚拟网卡的另外一端。

Flannel 通过 Etcd 服务维护了一张节点间的路由表。源主机 node01 的 flanneld 服务将原本的数据内容封装到 UDP 中后根据自己的路由表通过物理网卡投递给目的节点 node02 的 flanneld 服务，数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的 flannel.1 虚拟网卡，之后被转发到目的主机的 docker0 虚拟网卡，最后就像本机容器通信一样由 docker0 转发到目标容器。

ETCD 之 Flannel 提供说明：

• 存储管理Flannel可分配的IP地址段资源
• 监控 ETCD 中每个 Pod 的实际地址，并在内存中建立维护 Pod 节点路由表

5.2.2 vxlan 模式（端口4789）

vxlan 是一种overlay（虚拟隧道通信）技术，通过三层网络搭建虚拟的二层网络，跟 udp 模式具体实现不太一样：

（1）udp模式是在用户态实现的，数据会先经过tun网卡，到应用程序，应用程序再做隧道封装，再进一次内核协议栈，而vxlan是在内核当中实现的，只经过一次协议栈，在协议栈内就把vxlan包组装好。

（2）udp模式的tun网卡是三层转发，使用tun是在物理网络之上构建三层网络，属于ip in udp，vxlan模式是二层实现， overlay是二层帧，属于mac in udp。

（3）vxlan由于采用mac in udp的方式，所以实现起来会涉及mac地址学习，arp广播等二层知识，udp模式主要关注路由

Flannel VXLAN模式跨主机的工作原理：（Flannel提供路由表，由内核封装、解封装）

1、数据帧从主机A上Pod的源容器中发出后，经由所在主机的docker0/cni0 网络接口转发到flannel.1 接口

2、flannel.1 收到数据帧后添加VXLAN 头部，封装在UDP报文中

3、主机A通过物理网卡发送封包到主机B的物理网卡中

4、主机B的物理网卡再通过VXLAN 默认端口4789转发到flannel.1 接口进行解封装

5、解封装以后，内核将数据帧发送到Cni0， 最后由Cni0 发送到桥接到此接口的容器B中。

5.2.3 UDP和VXLAN的区别

由于UDP模式是在用户态做转发（即基于应用进行转发，由应用程序进行封装和解封装），会多一次报文隧道封装，因此性能上会比在内核态做转发的VXLAN模式差。

UDP和VXLAN的区别：

1. UDP基于应用程序进行转发，由应用程序进行封装和解封装；VXLAN由内核进行封装和解封装，内核效率比应用程序要高，所以VXLAN比UDP要快。
   
2. UDP是数据包，VXLAN是数据帧。
   
3. UDP的网卡Flannel0，VXLAN的网卡Flannel.1。

5.3 Calico 插件

5.3.1 k8s组网方案对比

1）flannel 方案：

需要在每个节点_上把发向容器的数据包进行封装后，再用隧道将封装后的数据包发送到运行着目标Pod的node节点上。目标node节点再负责去掉封装，将去除封装的数据包发送到目标Pod上。数据通信性能则大受影响。

2）calico方案：

Calico不使用隧道或NAT来实现转发，而是把Host当作Internet中的路由器，使用BGP同步路由，并使用iptables来做安全访问策略，完成跨Host转发来。

采用直接路由的方式，这种方式性能损耗最低，不需要修改报文数据，但是如果网络比较复杂场景下，路由表会很复杂，对运维同事提出了较高的要求。

5.3.2 Calico的组成和工作原理

基于三层路由表进行转发，不需要封装和解封装。

Calico主要由三个部分组成：

• Calico CNI插件：主要负责与kubernetes对接，供kubelet 调用使用。
• Felix：负责维护宿主机上的路由规则、FIB转发信息库等。
• BIRD：负责分发路由规则，类似路由器。
• Confd：配置管理组件。

Calico工作原理：

1. Calico是通过路由表来维护每个pod的通信。
2. Calico 的CNI插件会为每个容器设置一个 veth pair设备，然后把另一端接入到宿主机网络空间，由于没有网桥，CNI插件还需要在宿主机上为每个容器的veth pair设备配置一条路由规则，用于接收传入的IP包。
3. 有了这样的veth pair设备以后，容器发出的IP包就会通过veth pair设备到达宿主机，然后宿主机根据路由规则的下一跳地址，发送给正确的网关，然后到达目标宿主机，再到达目标容器
4. 这些路由规则都是Felix 维护配置的，而路由信息则是Calico BIRD 组件基于BGP（动态路由协议，可以选路）分发而来。
5. calico实际上是将集群里所有的节点都当做边界路由器来处理，他们一起组成了一个全互联的网络，彼此之间通过BGP交换路由，这些节点我们叫做BGP Peer。

5.4 flannel和calico对比

flannel

• 配置方便，功能简单，是基于overlay叠加网络实现的（在原有数据包中再封装一层），由于要进行封装和解封装的过程对性能会有一定的影响，同时不具备网络策略配置能力。
• 三种模式：UDP、 VXLAN、HOST-GW
• 默认网段是：10.244.0.0/16

calico

• 功能强大，基于路由表进行转发，没有封装和解封装的过程，对性能影响较小，具有网络策略配置能力，但是路由表维护起来较为复杂。
• 模式：BGP、IPIP
• 默认网段192 .168.0.0/16

目前比较常用的CNI网络组件是flannel和calico，flannel的功能比较简单，不具备复杂的网络策略配置能力，calico是比较出色的网络管理插件，但具备复杂网络配置能力的同时，往往意味着本身的配置比较复杂，所以相对而言，比较小而简单的集群使用flannel，考虑到日后扩容，未来网络可能需要加入更多设备，配置更多网络策略，则使用calico更好。

（flannel在封装和解封装的过程中，会有性能损耗。calico没有封装解封装过程，没有性能损耗）

总结

1、node安装步骤：

• 准备kubeconfig文件
• 启动kubelet，发送csr请求证书
• 启动kube-proxy
• 安装CNI 网络插件，实现 pod 跨主机的通信
• 安装CoreDNS 插件，可以实现 service 名称解析到clusterIP

2、vxlan与vlan区别:

1）vxlan支持更多的二层网络

vlan使用12位bit表示vlan ID，因此最多支持2^12=4096个vlan（可用数量为4094）

vxlan使用的ID使用24位bit，最多可以支持2^24个

2）vxlan对已有的网络路径利用效率更高

vlan使用STP（spanning tree protocol）避免环路，会将一半的网络路径阻塞。

vxlan的数据包封装成UDP通过网络层传输，可以使用所有的网络路径。

3）vxlan可以防止物理交换机Mac表耗尽

vlan需要在交换机的Mac表中记录Mac物理地址。

vxlan采用隧道机制，Mac物理地址不需记录在交换机。

4）VXLAN在一定程度上可以实现逻辑网络拓扑和物理网络拓扑的解耦

VXLAN技术通过隧道技术在物理的三层网络中虚拟二层网络，处于VXL AN网络的终端无法察觉到VXL AN的通信过程，这样也就使得逻辑网络拓扑和物理网络拓扑实现了一定程度的解耦，网络拓扑的配置对于物理设备的配置的依赖程度有所降低，配置更灵活更方便。

5）VXLAN技术还具有多租户支持的特性

VLAN技术仅仅解决了二层网络广播域分割的问题，而VXL AN技术还具有多租户支持的特性，通过VXLAN分割，各个租户可以独立组网、通信，地址分配方面和多个租户之间地址冲突的问题也得到了解决。