K8S/Kubernetes

flannel的网络插件配置

    Kubernetes网络通信需要解决以下问题：
            （1）容器间通信：同一个Pod内的多个容器间的通信，lo
            （2）Pod通信：Pod IP  <-直达->  Pod IP
            （3）Pod与Service通信：Pod IP  <-->  Cluster IP
            （4）Service与集群外部客户端的通信；（ingress、nodeport、loadbalancer）
   kubernetes集群内的网络需要借助网络插件来解决；            
   
   CNI：（Container Network Interface）常用的网络插件有：
        flannel （部署简单，支持网络地址分配，但不支持网络策略）
        calico   （部署麻烦，支持网络地址分配，也支持网络策略，而且支持基于BGP协议实现三层网络路由）
        canel   （flannel与calico的组合）
        kube-router （由kubernetes研发的网络插件）
        ...
        我们可以使用flannel的网络分发，需要时也可以借助calico的网络策略。flannel+calico
        
        解决方案：
                虚拟网桥：网络叠加方式实现通信；
                多路复用： MacVLAN（基于MAC方式创建vlan，为每个虚拟接口分配一个独有的mac地址，使得一个物理网卡等承载多个容器。这样一来，容器就直接使用物理网卡，并基于物理网卡中的mac实现跨节点通信）
                硬件交换：SR-IOV（一个网卡，支持能直接在物理机上虚拟出多个接口）
                

   把网络配置文件放在/etc/cni/net.d/目录下，就可以被kubelet识别加载为网络插件使用；
   
   flannel支持多种后端：
        VxLAN:虚拟扩展局域网
         
         （1）VxLAN  报文封装
                flannel默认使用VxLAN方式来作为后端网络传输方式的；
                VxLAN：使用网络叠加方式，通过隧道（主机网卡中的flannel.x，默认为10.244.0.0 255.255.255.255）专门封装隧道协议报文的，而且一旦后端存在被分配到网络地址的pod时，会创建一个cni接口，而且cni的网络地址与flannel在同一网段。可以理解为类似于四层隧道的协议。
                VxLAN因为要进行封装多层报文，是额外开销，所以使得性能相对于其他方式较弱一点，但好在可以单独管理一个网络，而且物理网络之间是彼此不相干扰的。
         
         （2）Directrouting   直接路由     
                 若集群过于庞大，则避免不了跨网段通信，或者既想使用VxLAN可以跨网段的特性，又想host-gw的高性能，我们可以设置为Directrouting，使其同网段的用host-gw，不同网段的自动使用VxLAN网络叠加。
        Host-gw：host Gateway主机网关
                把主机自己的网络接口当作网关使用，使Pod的网络地址能通过此接口对外进行传递信息。
                报文通过路由到达对方，而不会通过隧道网络叠加，所以这种比VxLAN性能高一点。
                但是这种方式要求个节点必须工作在同一网络中。
        UDP：性能比以上都弱一点。       
   
       我们也可以将flannel配置为VxLAN + Directrouting方式，若请求端和回应端在同网段，则使用直接路由模式，若不同网段，则自动降级为VxLAN模式。
       
   flannel的配置参数：
        Network：flannel使用CIDR格式的网络地址，用于为Pod配置网络功能；
                10.244.0.0/16 ->
                        master：10.244.0.0/24
                        node01：10.244.1.0/24
                        ...
                        node255：10.244.255.0/24
                        
                 10.0.0.0/8
                        10.0.0.0/24
                        ...
                        10.255.255.0/24
          SubnetLen：把network切分子网络供各节点使用，使用多长的掩码进行切分，默认为24位；
          SubnetMin：10.244.10.0/24  表示最小限制，10之前的地址不可以被分配使用；
          SubnetMax：10.244.100.0/24 表示最大限制，100之后的地址不可以被分配使用；
          Backend：VxLan,host-gw,udp
                Vxlan:Vxlan,Directrouting
                
    例：修改flannel的工作模式为VxLAN+Directrouting
        注意：若要使修改生效，必须重装flannel插件，此修改最好在搭建K8S集群时做修改，不要在集群使用中做修改，否则会影响到所有使用flannel的后端客户端无法通信。
        1.找到flannel的configmap，查看当前flannel的工作模式：    

  kubectl get cm kube-flannel-cfg -n kube-system -o yaml
           找到如下段：
           net-conf.json: |
                {
                    "Network": "10.244.0.0/16",
                    "Backend": {
                        "Type": "vxlan"
                }

            通过在node节点查看路由：
               

[root@k8s-node1 ~]# ip route show
                default via 192.168.1.1 dev ens33 proto static metric 100
                10.244.0.0/24 via 10.244.0.0 dev flannel.1 onlink
                10.244.1.0/24 via 10.244.1.0 dev flannel.1 onlink
                10.244.2.0/24 dev cni0 proto kernel scope link src 10.244.2.1
                172.17.0.0/16 dev docker0 proto kernel scope link src 172.17.0.1
                192.168.1.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.1.103 metric 100

               可以看到，10.244.0.0<-->10.244.1.0是通过flannel.1网卡通信，不管是同网段还是不同网段，显然是通过隧道封装过的。
        2.卸载flannel插件，修改配置清单的net-conf.json段，加入Directrouting
          

 net-conf.json: |
                {
                    "Network": "10.244.0.0/16",
                    "Backend": {
                        "Type": "vxlan",
                        "Directrouting": true  #默认没有这段，若要修改，必须重装flannel插件！！！
                }

        3.部署修改过的flannel插件：
                kubectl apply -f kube-flannel.yaml
        4.查看节点路由表：

                ip route show
                default via 192.168.1.1 dev ens33 proto static metric 100
                10.244.0.0/24 via 192.168.1.100 dev ens33
                10.244.1.0/24 via 192.168.1.102 dev ens33
                10.244.2.0/24 dev cni0 proto kernel scope link src 10.244.2.1
                172.17.0.0/16 dev docker0 proto kernel scope link src 172.17.0.1
                192.168.1.0/24 dev ens33 proto kernel scope link src 192.168.1.103 metric 100

                可以看出，10.244.0.0<-->10.244.1.0是通过宿主机网卡ens33通信的，明显看出是直接路由，同网段的用cni0接口直接转发，不同网段用ens33接口直接路由。
        5.也可以用tcpdump进行抓包进行查看：
                tcpdump -i 宿主机网口名称 -nn
        
        若要改为host-gw模式的话，只需将net-conf.json段的type改为host-gw即可，不过也要重装flannel插件，建议部署集群时应慎重考虑要使用哪种模式。

       注：host-gw不支持与Directrouting同时工作。