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这篇CFSDN的博客文章七张图带你搞懂 Kubernetes Flannel 高性能网络插件的两种常用工作模式由作者收集整理,如果你对这篇文章有兴趣,记得点赞哟.
VXLAN (Virtual Extensible LAN)是一种网络虚拟化技术,它使用一种隧道协议,将二层以太网帧封装在四层UDP报文中,通过三层网络传输,组成一个虚拟的二层网络。VXLAN的报文格式如下:
VXLAN使用VTEP(VXLAN Tunnel Endpoint)来进行封包和解包,它是VXLAN隧道的起点或终点:
在发送端,源VTEP将原始报文封装成VXLAN报文,通过UDP发送到对端VTEP.
在接收端,VTEP将解开VXLAN报文,将原始的2层数据帧转发给目的的接收方.
VTEP可以是独立的网络设备,例如交换机,也可以是部署在服务器上的虚拟设备。例如使用置顶交换机(TOR)作为VTEP时,VXLAN的网络模型如下图:
但显然,在flannel中,VTEP的能力是通过linux的虚机网络设备实现的。在VXLAN模式下,VTEP的角色由 flannel.1 虚拟网卡充当.
VXLAN是Flannel默认和推荐的模式。当我们使用默认配置安装Flannel时,它会为每个节点分配一个24位子网,并在每个节点上创建两张虚机网卡:cni0 和 flannel.1 。cni0 是一个网桥设备,类似于 docker0 ,节点上所有的Pod都通过veth pair的形式与 cni0 相连。flannel.1 则是一个VXLAN类型的设备,充当VTEP的角色,实现对VXLAN报文的封包解包.
从内核3.7版本开始,Linux就开始支持VXLAN,到3.12版本,支持已经完备.
显然,节点内的容器间通信通过 cni0 网桥就能完成,不涉及任何VXLAN报文的封包解包。例如在下面的图例中,Node1的子网为10.244.0.1/24, PodA 10.244.0.20 和 PodB 10.224.0.21通过 cni0 网桥实现互通.
下面重点分析一下跨节点的容器通信过程。假设有两个节点Node1和Node2,其中Node1的PodA要跟Node2的PodB通信,则它们之间的通信过程如下图所示:
大致概括一下整个过程:
哪些IP要交由 flannel.1 处理 。
flanneld 从 etcd 中可以获取所有节点的子网情况,以此为依据为各节点配置路由,将属于非本节点的子网IP都路由到 flannel.1 处理,本节点的子网路由到 cni0 网桥处理.
如果节点信息有变化, flanneld 也会同步的对路由信息做修改.
flannel.1 的封包过程 。
VXLAN的封包是将二层以太网帧封装到四层UDP报文中的过程.
原始L2帧 。
要生成原始的L2帧, flannel.1 需要得知:
内层的源/目的IP地址是已知的,即为PodA/PodB的PodIP,在图例中,分别为10.224.0.20和10.224.1.20。内层源/目的MAC地址要结合路由表和ARP表来获取。根据路由表①得知:
要注意的是,这里ARP表的表项②并不是通过ARP学习得到的,而是 flanneld 预先为每个节点设置好的,由 flanneld负责维护,没有过期时间.
有了上面的信息, flannel.1 就可以构造出内层的2层以太网帧:
外层VXLAN UDP报文 。
要将原始L2帧封装成VXLAN UDP报文, flannel.1 还需要填充源/目的IP地址。前面提到,VTEP是VXLAN隧道的起点或终点。因此,目的IP地址即为对端VTEP的IP地址,通过FDB表获取。在FDB表③中,dst字段表示的即为VXLAN隧道目的端点(对端VTEP)的IP地址,也就是VXLAN DUP报文的目的IP地址。FDB表也是由 flanneld 在每个节点上预设并负责维护的.
FDB表(Forwarding database)用于保存二层设备中MAC地址和端口的关联关系,就像交换机中的MAC地址表一样。在二层设备转发二层以太网帧时,根据FDB表项来找到对应的端口。例如cni0网桥上连接了很多veth pair网卡,当网桥要将以太网帧转发给Pod时,FDB表根据Pod网卡的MAC地址查询FDB表,就能找到其对应的veth网卡,从而实现联通.
可以使用 bridge fdb show 查看FDB表:
源IP地址信息来自于 flannel.1 网卡设置本身,根据 local 192.168.50.2 可以得知源IP地址为192.168.50.2.
至此, flannel.1 已经得到了所有完成VXLAN封包所需的信息,最终通过 eth0 发送一个VXLAN UDP报文:
Flannel的VXLAN模式通过静态配置路由表,ARP表和FDB表的信息,结合VXLAN虚拟网卡 flannel.1 ,实现了一个所有Pod同属一个大二层网络的VXLAN网络模型.
在上述的VXLAN的示例中,Node1和Node2其实是同一宿主机中的两台使用桥接模式的虚机,也就是说它们在一个二层网络中。在二层网络互通的情况下,直接配置节点的三层路由即可互通,不需要使用VXLAN隧道。要使用host-gw模式,需要修改 ConfigMap kube-flannel-cfg ,将 Backend.Type 从vxlan改为host-gw,然后重启所有kube-flannel Pod即可:
host-gw模式下的通信过程如下图所示:
在host-gw模式下,由于不涉及VXLAN的封包解包,不再需要flannel.1虚机网卡。flanneld 负责为各节点设置路由 ,将对应节点Pod子网的下一跳地址指向对应的节点的IP,如图中路由表①所示.
由于没有封包解包带来的消耗,host-gw是性能最好的。不过一般在云环境下,都不支持使用host-gw的模式,在私有化部署的场景下,可以考虑.
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/kipUB2GMCSyh69ngfPGKJg 。
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