Kubernetes之网络通信方式详解

小咪咪 2023-07-04 11:10 20阅读 0赞

> Kubernetes的网络通信方式是整个K8s的重点，所以更好的理解它的网络通信方式有助于我们更好的掌握Kubernetes。

Kubernetes网络设计模型：

*  基本原则：每个Pod都有一个独立的IP地址，而且假定所有的Pod都在一个可以直接联通、扁平的网络空间中；
 *  设计原因：用户不需要额外考虑如何建立Pod之间的连接，也不需要将容器端口映射到主机端口的问题；
 *  网络要求：所有的容器都可以在不用NAT的情况下于其他容器进行通信；所有Node都可以在不用NAT的情况下于其他容器进行通信；容器的地址和别人看到的地址是同一个；

**主要包含四大类通信问题**：

1.  同一个Pod中容器间的通信；
2.  同一Node不同Pod间的通信；
3.  不同Node间的Pod通信；
4.  Pod与service之间的通信；

#### 一、同一个pod中容器间的通信 ####

同一个Pod的容器共享同一个网络命名空间，它们之间使用Puse的一个网络协议栈，可以理解为它们之间的访问可以通过localhost地址和容器端口实现；

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70]

#### 二、同一Node不同Pod间的通信 ####

同一Node不同Pod间是通过Docker网桥来进行数据包分配传输的，它们关联在同一个Docker0网桥上，地址网段相同，IP1、IP2、IP3属于同一个网段，所以它们之间能通信；  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 三、不同Node间的Pod通信 ###

不同Node将的Pod通信是整个Kubernetes网络通信的难点，它**基于Flanneld网络通信方式实现**的；

> Flannel方式的通信是符合Kubernetes扁平化管理的理念；  
> Flannel通信是CoreOS团队针对Kubernetes设计的一个网络规划服务，简单来说它的功能就是让集群的不同节点主机创建的Docker容器都具有全集群唯一的虚拟IP地址。而且它还能够在这些IP地址之间建立一个覆盖网络（overlay  
> Network），通过这个覆盖网络将数据包原封不动的传递到对应的目标容器内。

我们来通过下图来具体分析一下不同Node将的Pod通信，我们首先解释一下下图的Flannel：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**Flannel相当于一个守护进程**，它会监听一个端口，这个端口就是后续进行数据转发和数据接受的一个服务端口，如果Flannel成功启动，它就会开启一个Flannel0 的一个网桥，这个网桥专门去收集Docker0转发出来的数据包，可以理解为一个钩子函数；

Flanneld这里会有一堆的路由表信息，它是存储在etcd中由Flannel去自动拉取的，不同Pod间的通信就需要这些路由表来确定具体的转发路径；

> etcd对Flannel提供如下说明：  
> 1、存储管理Flannel可分配的IP地址段资源；  
> 2、监控ETCD中每个Pod的实际地址，并在内存中维护Pod节点路由表；

如果此时需要Node1节点的app1发送数据包到达Node2节点的Backend，那就需要通过一下步骤来使得两者构建通信：

1.  app1将自身IP地址、目标IP及其所发数据发送至Docker0的网桥；
2.  Docker0获取到发送的数据包，由于目标IP的网段与当前Docker0的网段不是同一个，所以它会通过钩子函数抓取数据信息继续发送至Flannel0的网桥；
3.  Flannel0网桥这时候会通过Flanneld中的路由表信息来确定具体的转发路径，此时会进行一个数据的二次封装，然后通过对应的外部节点IP（192.168.66.11/24）发送到目标外部IP（192.168.66.12/24）；
4.  发送到Node2节点之后会对数据包进行解析获取具体目标Pod的IP（10.1.20.3/24），然后发送到Backend从而完成整个Pod通信；

上述的数据包格式如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### 四、Pod与service之间的通信 ###

目前基于性能考虑，使用各节点的IPtables规则来进行网络通信；

——————————————————————————————————————————————————

在这里补充一下关于外网的网络通信：

1.  Pod到外网：Pod向外网发送请求，查找路由表，转发数据包到宿主机的网卡，宿主网卡完成路由选择后，IPtables执行Masquerade，把源IP修改为宿主网卡的IP，然后向外网服务器发送请求；
2.  外网访问Pod：通过service来访问，一般使用NodePort；

> 参考书籍：《基于Kubernetes的容器云平台实战》  
> 个人github账号：[https://github.com/SpecialAll  
> ][https_github.com_SpecialAll]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200210120400280.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200210120511574.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200210120643488.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200210120854240.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxOTk5NDU1,size_16,color_FFFFFF,t_70
[https_github.com_SpecialAll]: https://github.com/SpecialAll