在Kubernetes（K8S）中，Flannel是一个广泛使用的容器网络接口（CNI）插件，它提供了一种简单而有效的方法来为集群中的每个容器分配网络，并确保它们可以互相通信。Flannel支持多种工作模式来实现数据报文的转发，其中最常见的是VXLAN、UDP和HOST-GW三种模式。
1. Flannel的工作模式
- VXLAN模式：
- 简介：VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network）是Flannel的默认后端驱动，也是推荐使用的模式。它采用L2overL4（MAC-in-UDP）的报文封装模式，将二层报文用三层协议进行封装，实现二层网络在三层范围内的扩展。
- 原理：当数据包需要跨节点通信时，Flannel会将原始数据包封装在VXLAN头部中，然后使用UDP协议将封装后的数据包发送到目标节点的flanneld服务。目标节点的flanneld服务解封装数据包，并将其转发给目标容器。
- 优点：性能较强，原生内核支持，集群可以由不同网段的主机组成。
- UDP模式：
- 简介：UDP模式通过UDP封装数据包，在网络中创建隧道以实现容器间的通信。
- 原理：与VXLAN类似，但性能较差。数据报文在发送实际物理网络之前，通过flanneld进行一层UDP封装，然后作为payload发送给对端。对端收到UDP报文后，flanneld通过解包得到真正的数据报文，再转发至最终的服务端。
- 缺点：使用设备flannel.0进行封包解包，原生内核不支持，上下文切换较大，性能非常差。主要用于调试目的。
- HOST-GW模式：
- 简介：HOST-GW模式不需要flannel.1这样的中间设备，直接将宿主机的IP当作子网的下一跳地址。
- 原理：当数据包需要跨节点通信时，Flannel直接利用宿主机的路由表将数据包转发到目标节点，目标节点的flanneld服务再将其转发给目标容器。
- 优点：性能最强，因为减少了额外的封装和解封装步骤。
- 限制：要求所有宿主机都在一个局域网内，跨局域网无法进行路由。
2. Flannel的底层原理
Flannel的底层原理主要基于以下几个关键组件和步骤：
- 节点注册与子网分配：
- 每个节点都会注册到etcd（分布式键值存储系统）中，并分配一个唯一的子网段。
- Flanneld守护进程在每个节点上运行，负责管理节点之间的路由表，并将路由表信息存储在etcd中。
- 虚拟网络创建：
- Flannel使用overlay network技术创建虚拟网络，该网络覆盖在底层节点网络之上。
- 当容器需要跨节点通信时，Flannel会在节点间创建虚拟网络连接。
- 数据包封装与转发：
- 根据配置的后端驱动（如VXLAN、UDP、HOST-GW），Flannel会对数据包进行相应的封装。
- 封装后的数据包通过物理网络发送到目标节点。
- 目标节点的flanneld服务解封装数据包，并将其转发给目标容器。
- 路由表管理与更新：
- Flannel使用etcd来同步集群中所有节点的网络配置信息，包括子网分配和路由表。
- 当集群中的节点或网络配置发生变化时，etcd会实时感知并更新相应的路由表信息。
- 安全性与策略控制：
- Flannel本身不提供网络策略支持，但可以与Kubernetes的网络策略或其他安全工具结合使用，以实现容器间的安全通信。
综上所述，Flannel通过虚拟网络覆盖技术和多种后端驱动模式，为Kubernetes集群中的容器提供了一种简单而有效的网络解决方案。在选择后端驱动时，应根据实际场景和需求进行权衡和选择。
