一篇文章为你图解Kubernetes网络通信原理

通过查看路由表，也能窥见一二：

root@node-1:/opt/bin# route -n 
Kernel IP routing table 
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 
0.0.0.0 172.23.100.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0 
10.1.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 0 0 0 flannel.1 #flannel 网络内跨节点的通信会交给 flannel.1 处理 
10.1.1.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 docker0 #flannel 网络内节点内的通信会走 docker0 

1 Pod内通信

如下图所示：

这种情况下，同一个pod内共享网络命名空间，容器之间通过访问127.0.0.1:(端口)即可。图中的veth*即指veth对的一端(另一端未标注，但实际上是成对出现)，该veth对是由Docker Daemon挂载在docker0网桥上，另一端添加到容器所属的网络命名空间，图上显示是容器中的eth0。

图中演示了bridge模式下的容器间通信。docker1向docker2发送请求，docker1，docker2均与docker0建立了veth对进行通讯。

当请求经过docker0时，由于容器和docker0同属于一个子网，因此请求经过docker2与docker0的veth*对，转发到docker2，该过程并未跨节点，因此不经过eth0。

2 Pod间通信

同节点pod间通信

由于Pod内共享网络命名空间(由pause容器创建)，所以本质上也是同节点容器间的通信。同时，同一Node中Pod的默认路由都是docker0的地址，由于它们关联在同一个docker0网桥上，地址网段相同，所有它们之间应当是能直接通信的。来看看实际上这一过程如何实现。如上图，Pod1中容器1和容器2共享网络命名空间，因此对pod外的请求通过pod1和Docker0网桥的veth对(图中挂在eth0和ethx上)实现。

访问另一个pod内的容器，其请求的地址是PodIP而非容器的ip，实际上也是同一个子网间通信，直接经过veth对转发即可。

跨节点通信

CNI：容器网络接口

CNI 是一种标准，它旨在为容器平台提供网络的标准化。不同的容器平台(比如目前的 kubernetes、mesos 和 rkt)能够通过相同的接口调用不同的网络组件。

目前kubernetes支持的CNI组件种类很多，例如：bridge calico calico-ipam dhcp flannel host-local ipvlan loopback macvlan portmap ptp sample tuning vlan。在docker中，主流的跨主机通信方案主要有一下几种：

1)基于隧道的overlay网络：按隧道类型来说，不同的公司或者组织有不同的实现方案。docker原生的overlay网络就是基于vxlan隧道实现的。ovn则需要通过geneve或者stt隧道来实现的。flannel最新版本也开始默认基于vxlan实现overlay网络。

2)基于包封装的overlay网络：基于UDP封装等数据包包装方式，在docker集群上实现跨主机网络。典型实现方案有weave、flannel的早期版本。

3)基于三层实现SDN网络：基于三层协议和路由，直接在三层上实现跨主机网络，并且通过iptables实现网络的安全隔离。典型的方案为Project Calico。同时对不支持三层路由的环境，Project Calico还提供了基于IPIP封装的跨主机网络实现

通信方式

集群内跨节点通信涉及到不同的子网间通信，仅靠docker0无法实现，这里需要借助CNI网络插件来实现。图中展示了使用flannel实现跨节点通信的方式。

简单说来，flannel的用户态进程flanneld会为每个node节点创建一个flannel.1的网桥，根据etcd或apiserver的全局统一的集群信息为每个node分配全局唯一的网段，避免地址冲突。同时会为docker0和flannel.1创建veth对，docker0将报文丢给flannel.1,。

Flanneld维护了一份全局node的网络表，通过flannel.1接收到请求后，根据node表，将请求二次封装为UDP包，扔给eth0，由eth0出口进入物理网路发送给目的node。

在另一端以相反的流程。Flanneld解包并发往docker0，进而发往目的Pod中的容器。

外部访问集群

从集群外访问集群有多种方式，比如loadbalancer，Ingress，nodeport，nodeport和loadbalancer是service的两个基本类型，是将service直接对外暴露的方式，ingress则是提供了七层负载均衡，其基本原理将外部流量转发到内部的service，再转发到后端endpoints，在平时的使用中，我们可以依据具体的业务需求选用不同的方式。这里主要介绍nodeport和ingress方式。

Nodeport

通过将Service的类型设置为NodePort，就可以在Cluster中的主机上通过一个指定端口暴露服务。注意通过Cluster中每台主机上的该指定端口都可以访问到该服务，发送到该主机端口的请求会被kubernetes路由到提供服务的Pod上。采用这种服务类型，可以在kubernetes cluster网络外通过主机IP：端口的方式访问到服务。

这里给出一个influxdb的例子，我们也可以针对这个模板去修改成其他的类型：

kind: Service 
apiVersion: v1 
metadata: 
 name: influxdb 
spec: 
 type: NodePort 
 ports: 
 - port: 8086 
 nodePort: 31112 
 selector: 
 name: influxdb 

Ingress

（编辑：晋中站长网）

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