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calico架构图

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IPIP模式下的架构图

calico 核心组件

Overlay

网络模式：

Vxlan 

IPIP  

IpCrossubnet

Pod IP对外暴露

不对外暴露：

实现对外暴露的方法：

overlay模式下的网络MTU 

Iptables & ipvs

Full-mesh

overlay的主要缺点：

Unoverlay 

Reflect route （Full-mesh + RR）

TOR （禁用Full-mesh）

Underlay

BGP

Vlan

MacVlan

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calico架构图

下图显示了 Kubernetes、具有网络和网络策略的本地部署所需和可选的 Calico 组件。

IPIP模式下的架构图

calico 核心组件

组件名称	功能
Felix	将其主机上的端点路由到 Linux 内核 FIB（转发信息库）中 对路由和 ACL 以及主机上所需的任何其他内容进行编程，以便为该主机上的端点提供所需的连接
BIRD	从 Felix 获取路由并分发给网络上的 BGP 对等体，以实现主机间路由。在托管 Felix 代理的每个节点上运行
Confd	监视 Calico 数据存储中 BGP 配置和全局默认值（例如 AS 编号、日志记录级别和 IPAM 信息）的更改。
Typha	通过减少每个节点对数据存储的影响来增加规模。作为数据存储和 Felix 实例之间的守护进程运行。 由于一个 Typha 实例可以支持数百个 Felix 实例，因此它大大减少了数据存储上的负载。 由于Typha可以过滤掉与Felix无关的更新，因此也减少了Felix的CPU使用率。在大规模（100+节点）Kubernetes集群中，这是至关重要的，因为API服务器生成的更新数量随着节点数量的增加而变化。 备注： etcd v3 已经针对处理许多客户端进行了优化，因此使用它是多余的，不建议使用。操作员安装始终安装 Typha。

Overlay

网络模式：

Vxlan 

• VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟扩展局域网），是由 IETF 定义的 NVO3（Network Virtualization over Layer 3）标准技术之一，采用 L2 over L4（MAC-in-UDP）的报文封装模式，将二层报文用三层协议进行封装，可实现二层网络在三层范围内进行扩展，同时满足数据中心大二层虚拟迁移和多租户的需求

IPIP  

• 基于 TUN 设备实现 IPIP 隧道，TUN 网络设备能将三层（IP 网络数据包）数据包封装在另外一个三层数据包之中，Linux 原生支持好几种不同的 IPIP 隧道类型，但都依赖于 TUN 网络设备

• ipip: 普通的 IPIP 隧道，就是在报文的基础上再封装成一个 IPv4 报文

• gre: 通用路由封装（Generic Routing Encapsulation），定义了在任意网络层协议上封装其他网络层协议的机制，所以对于 IPv4 和 IPv6 都适用

• sit: sit 模式主要用于 IPv4 报文封装 IPv6 报文，即 IPv6 over IPv4

• isatap: 站内自动隧道寻址协议（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol），类似于 sit 也是用于 IPv6 的隧道封装

• vti: 即虚拟隧道接口（Virtual Tunnel Interface），是一种 IPsec 隧道技术

IpCrossubnet

• Calico 还支持 VXLAN 和 IP-in-IP 的“跨子网”模式。在此模式下，在每个子网内，底层网络充当 L2 网络。在单个子网内发送的数据包不会被封装，因此您可以获得非覆盖网络的性能。跨子网发送的数据包被封装，就像普通的覆盖网络一样，减少了对底层网络的依赖（无需与底层网络集成或对其进行任何更改）。

总结：在一些小型网络或简单网络拓扑中，IPIP 可能具有更好的性能和简单性；而在大规模网络或需要多租户支持和网络隔离的环境中，VXLAN 则可能更适合。

Pod IP对外暴露

优点：

1. 避免出站连接的 SNAT 对于集成现有的更广泛的安全要求可能至关重要。它还可以简化调试和操作日志的理解。
2.  如果您有专门的工作负载，这意味着需要直接访问某些 pod，而无需通过 Kubernetes 服务或 Kubernetes 入口，那么可路由 pod IP 在操作上可能比使用主机联网 pod 的替代方案更简单。

缺点：

1. 缺点是 Pod IP 在更广泛的网络中必须是唯一的。例如，如果运行多个集群，您将需要为每个集群中的 Pod 使用不同的 IP 地址范围 (CIDR)。
2. 当大规模运行时，或者企业对 IP 地址空间存在其他重大需求时，这反过来可能会导致 IP 地址范围耗尽的挑战。

不对外暴露：

优点：

1. Kubernetes 将使用一种称为 SNAT（源网络地址转换）的技术来更改源 IP地址从 Pod 的 IP 地址到托管 Pod 的节点的 IP 地址。连接上的任何返回数据包都会自动映射回 pod IP 地址。因此，Pod 不知道 SNAT 正在发生，连接的目的地将该节点视为连接的源，而底层更广泛的网络永远不会看到 Pod IP 地址。安全
2. 只能通过 Kubernetes 服务或 Kubernetes 入口来完成。集群外部的任何内容都无法直接连接到 Pod IP 地址，因为更广泛的网络不知道如何将数据包路由到 Pod IP 地址

实现对外暴露的方法：

1. 利用BGP网络协议，使用TOR模式（Top-of-Rack）。允许 Calico 与物理网络对等以交换路由。从而形成一个非覆盖网络。 需要进行企业网络配置
2. CNI插件云服务商提供

overlay模式下的网络MTU 

     IP in IP 使用 20 字节标头，IPv4 VXLAN 使用 50 字节标头，IPv6 VXLAN 使用 70 字节标头，IPv4 WireGuard 使用60 字节标头，IPv6 WireGuard 使用 80 字节标头

Iptables & ipvs

   如果您要扩展超过 1,000 个服务，则值得考虑使用 kube-proxy IPVS 模式潜在的性能改进。Comparing kube-proxy modes: iptables or IPVS?

Full-mesh

    全网格非常适合 100 个或更少节点的中小型部署，但在规模明显更大时，全网格的效率会降低，我们建议使用路由反射器。

overlay的主要缺点：

1. 对性能有轻微影响。封装数据包的过程需要占用少量 CPU，并且数据包中需要额外的字节来对封装进行编码（VXLAN 或 IP-in-IP header），从而减少了可发送的内部数据包的最大大小，从而可以减少内部数据包的大小。意味着需要为相同数量的总数据发送更多数据包。
2. Pod IP 地址在集群外部不可路由

Unoverlay 

Reflect route （Full-mesh + RR）

 默认 Calico 工作在 node-mesh 模式，所有节点互相连接， node-mesh 模式在小规模部署时工作是没有问题的，当大规模部署时，连接数会非常大，消耗过多资源，利用 BGP RR ，可以避免这种情况的发生，通过一个或者多个 BGP RR 来完成集中式的路由分发，减少对网络资源的消耗以及提高 Calico 工作效率、稳定性

备注：需要添加一台新机器，或者是将要设置RR的机器流量摘除，否则会影响之前建立的BGP连接大约2秒的中断时间

TOR （禁用Full-mesh）

 备注： IBGP & EBGP 结合使用，集群大于100个节点以后使用TOR模式可以带来很好的性能

Underlay

由交换机和路由器等设备组成，借助以太网协议、路由协议和 VLAN 协议等驱动的网络。

BGP

• 边界网关协议BGP（Border Gateway Protocol）是一种实现自治系统AS（Autonomous System）之间的路由可达，并选择最佳路由的距离矢量路由协议
   

Vlan

• VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接通信，从而将广播报文限制在一个VLAN内

MacVlan

• Macvlan  一块网卡虚拟多个网卡，每个网卡都有独立的mac地址。共享广播域 
• macvlan 模式将容器的网络接口直接映射到宿主机上的物理网络接口，容器使用宿主机的 MAC 地址进行通信，可以像物理设备一样在网络中被识别和访问。