kubernetes實踐之五：網路模型

一：前言

Kubernetes從Docker預設的網路模型中獨立出來形成一套自己的網路模型。模型的基礎原則是：每個Pod都擁有一個獨立的IP地址，而且假定所有Pod都在一個可以直接連通的，扁平的網路空間中。同一個Pod內的容器可以通過localhost來連線對方的埠。

 

二：Docker網路模型

Docker使用Linux橋接，在宿主機上虛擬一個Docker網橋（docker0）,Docker啟動一個容器時會根據Docker網橋的網段分配容器的IP，同時Docker網橋是每個容器的預設閘道器。因為在同一個宿主機內的容器都接入同一個網橋，這樣容器之間就能通過容器的IP直接通訊。

1. 網路名稱空間

為了支援網路協議棧的多個例項，Linux在網路棧中引入了網路名稱空間。這些獨立的協議棧被隔離到不同的名稱空間中。處於不同名稱空間的網路棧是完全隔離的。網路名稱空間內可以有自己獨立的路由表及獨立的Iptables/Netfilter設定來提供包轉發,NAT及IP包過濾等功能。

2. Veth

引入Veth裝置對是為了在不同的網路名稱空間之間進行通訊，利用它可以直接將兩個網路名稱空間連線起來。

3. Iptables/Netfilter

Netfilter是Linux作業系統核心層內部的一個資料包處理模組. Iptables是應用層的，其實質是一個定義規則的配置工具，而核心的資料包攔截和轉發是Netfiler。

Netfilter作用於網路層，資料包通過網路層會經過Netfilter的五個掛載點（Hook POINT）：PRE_ROUTING、INPUT、OUTPUT、FORWARD、POST_ROUTING 任何一個資料包，只要經過本機，必將經過這五個掛載點的其中一個。

iptables的規則組成，又被稱為四表五鏈：

四張表：filter表(用於過濾)、nat表(用於地址轉換)、mangle表(修改資料包)、raw表(一般是為了不再讓iptables做資料包的連結跟蹤處理，跳過其他表，提高效能)

五個掛載點：PRE_ROUTING、INPUT、OUTPUT、FORWARD、POST_ROUTING

具體來說，就是iptables每一條允許/拒絕或轉發等規則必須選擇一個掛載點，關聯一張表。

檢視系統中已有的規則的方法如下：

iptables-save : 按照命令的方式列印Iptables的內容。

Iptables-vnL : 以另一種格式顯示Netfilter表的內容。

4.  網橋

網橋是一個二層網路裝置，可以解析收發的報文，讀取目標MAC地址的資訊，和自己記錄的MAC表結合來決策報文的轉發埠。

5. 路由

路由功能由IP層維護的一張路由表來實現。當主機收到資料包文時，它用此表來決策下來應該做什麼操作，當從網路側接收到資料包文時，IP層首先會檢查報文的IP地址是否與主機自身的地址相同。如果不同，並且主機配置了路由功能，那麼報文將被轉發，否則，報文將被放棄。

檢視LOCAL表的內容:

ip route show table local type local

路由表檢視:

Ip route list

6. 閘道器

閘道器(Gateway)就是一個網路連線到另一個網路的“關口”.按照不同的分類標準，閘道器也有很多種。TCP/IP協議裡的閘道器是最常用的.

閘道器實質上是一個網路通向其他網路的IP地址。比如有網路A和網路B，網路A的IP地址範圍為“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子網掩碼為255.255.255.0；網路B的IP地址範圍為“192.168.2.1~192.168.2.254”，子網掩碼為255.255.255.0。在沒有路由器的情況下，兩個網路之間是不能進行TCP/IP通訊的，即使是兩個網路連線在同一臺交換機(或集線器)上，TCP/IP協議也會根據子網掩碼(255.255.255.0)判定兩個網路中的主機處在不同的網路裡。而要實現這兩個網路之間的通訊，則必須通過閘道器。

Docker網橋是宿主機虛擬出來的，並不是真實存在的網路裝置，外部網路是無法定址到的，這也意味著外部網路無法直接訪問到容器。如果容器希望能夠被外部網路訪問到，就需要通過對映容器埠到宿主機。 Docker  run  -p ****:****

實際上，埠對映通過在iptables的NAT表中新增相應的規則，所以我們將埠對映的方式成為NAT方式。

三：Kubernetes網路模型

1.  容器間通訊

Pod是容器的集合，Pod包含的容器都執行在同一個宿主機上，這些容器將擁有同樣的網路空間，容器之間能夠互相通訊，它們能夠在本地訪問其它容器的埠。

2. Pod間通訊

Kubernetes網路模型是一個扁平化的網路平面，在這個網路平面內，Pod作為一個網路單元同Kubernetes Node的網路處於同一層級。

同一個Kubernetes Node上的Pod/容器原生能通訊，但是Kubernetes Node之間的Pod/容器之間的通訊，需要對Docker進行增強。在容器叢集中建立一個覆蓋網路，聯通各個節點。

3. Service到Pod的通訊

Service 在Pod之間起到服務代理的作用，對外表現為一個單一訪問介面，將請求轉發給Pod,Service的網路轉發是Kubernetes實現服務編排的關鍵一環。

虛擬IP是10.254.248.68，埠80/TCP對應的Endpoints包含10.1.46.2：80，10.1.77.2：80；即當請求10.254.248.68：80時，會轉發到這些後端之一。

 

Kubernetes Proxy通過建立Iptables規則，直接重定向訪問Service虛擬IP的請求到Endpoints.而當Endpoints發生變化的時候，Kubernetes Proxy會重新整理相關的Iptables規則。在Iptables模式下，Kubernetes Proxy只是負責監控Service和Endpoints,更新Iptables規則，報文的轉發依賴於Linux核心，預設的負載均衡策略是隨機方式。

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