K8S中网络如何通信-Toy模板网

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Kubernetes 提出了一个自己的网络模型“IP-per-pod”，能够很好地适应集群系统的网络需求，它有下面的这 4 点基本假设：

集群里的每个 Pod 都会有唯一的一个 IP 地址。
Pod 里的所有容器共享这个 IP 地址。
集群里的所有 Pod 都属于同一个网段。
Pod 直接可以基于 IP 地址直接访问另一个 Pod，不需要做麻烦的网络地址转换（NAT）。

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因为 Pod 都具有独立的 IP 地址，相当于一台虚拟机，而且直连互通，也就可以很容易地实施域名解析、负载均衡、服务发现等工作，以前的运维经验都能够直接使用，对应用的管理和迁移都非常友好。

CNI 为网络插件定义了一系列通用接口，开发者只要遵循这个规范就可以接入 Kubernetes，为 Pod 创建虚拟网卡、分配 IP 地址、设置路由规则，最后就能够实现“IP-per-pod”网络模型。

依据实现技术的不同，CNI 插件可以大致上分成“Overlay”“Route”和“Underlay”三种。

Overlay 的原意是“覆盖”，是指它构建了一个工作在真实底层网络之上的“逻辑网络”，把原始的 Pod 网络数据封包，再通过下层网络发送出去，到了目的地再拆包。因为这个特点，它对底层网络的要求低，适应性强，缺点就是有额外的传输成本，性能较低。

Route 也是在底层网络之上工作，但它没有封包和拆包，而是使用系统内置的路由功能来实现 Pod 跨主机通信。它的好处是性能高，不过对底层网络的依赖性比较强，如果底层不支持就没办法工作了。

Underlay 就是直接用底层网络来实现 CNI，也就是说 Pod 和宿主机都在一个网络里，Pod 和宿主机是平等的。它对底层的硬件和网络的依赖性是最强的，因而不够灵活，但性能最高。

Flannel最早是一种 Overlay 模式的网络插件，使用 UDP 和 VXLAN 技术，后来又用 Host-Gateway 技术支持了 Route 模式。Flannel 简单易用，是 Kubernetes 里最流行的 CNI 插件，但它在性能方面表现不是太好，所以一般不建议在生产环境里使用。

Calico是一种 Route 模式的网络插件，使用 BGP 协议（Border Gateway Protocol）来维护路由信息，性能要比 Flannel 好，而且支持多种网络策略，具备数据加密、安全隔离、流量整形等功能。

Cilium是一个比较新的网络插件，同时支持 Overlay 模式和 Route 模式，它的特点是深度使用了 Linux eBPF 技术，在内核层次操作网络数据，所以性能很高，可以灵活实现各种功能。在 2021 年它加入了 CNCF，成为了孵化项目，是非常有前途的 CNI 插件。