為啥Underlay才是容器網路的最佳落地選擇

導語：

幾年前，當博雲啟動自研容器網路研發的時候，除了技術選型的考慮，我們對於先做 Underlay 還是 Overlay 網路也有過深度的 討論 。當時的開源社群以及主流容器廠商，多數還是以 Overlay 網路方案為主，但在我們對眾多客戶真正需求的深入瞭解之後，發現部分客戶對容器內外網路直通有著非常強烈的需求。思慮再三，我們決定還是先做 Underlay 網路（後來又做了Overlay）。隨著行業與公司自身的發展，我們建設實施的專案越來越多，這讓我們對容器網路的思考也越來越深入，從而觀點也越來越清晰：

內外直通的Underlay網路才是容器網路的正確開啟方式。

01

從需求出發，考慮容器網路方案

如上圖所示，這是目前企業微服務容器化部署的典型場景，也是驅動我們做 Underlay網路的直接原因：

1. 服務部署在Kubernetes叢集內部（如圖：服務1、服務2）；

2. 資料庫、註冊中心、Redis、MQ等元件部署在叢集之外；

3. 部分服務也可能部署在叢集之外, 比如容器平臺試用階段（如圖：服務3）

這些服務和元件，需要能直接互聯互通。

如若需要滿足以上需求，最簡單有效的方案就是直接把 Kubernetes 內外網路打通，也就是採用 Underlay 網路模式。

當然，如上需求也有別的辦法可以解決。比如，細化分析服務和元件間的流量，採用ingress、egress，包括改寫應用程式碼等方式，在特定情況下，這也是可以用的。然而，一方面，這些都是特定場景下的特定解決方案，缺乏一定的通用性；另一方面，容易出現配置複雜、引入額外風險、出錯難以定位等問題。遠遠沒有透過Underlay網路直接將內外網打通這麼簡單有效。

還有另外的辦法就是將所有服務和元件都放入Kubernetes叢集內部，但是這種方案仍是針對特定場景的非通用方案，很難保證企業所有的應用都在一個Kubernetes叢集裡。

同樣，對於容器內外網路直接互聯互通的需求場景還有：

• 特定用途的Kubernetes叢集對外提供服務。比如專門用作提供PaaS中介軟體服務的Kubernetes叢集、專門用作CI/CD服務的Kubernetes叢集、專門用作提供大資料服務的Kubernetes叢集等；

• 跨多叢集的服務/元件互聯互通；

• 為了在試點階段降低風險，部分服務跑在叢集內、部分服務跑在叢集外 等場景。

02

與虛擬機器對比，從容器本質考慮容器網路方案

在容器的應用實踐過程中，除了應用場景，我們也從底層基礎設施的角度對容器進行了持續的思考。

從基礎設施的角度看容器： 容器和虛擬機器的本質都是一樣的，是上層應用的承載基礎設施。

因此，從底層角度看，對容器網路的需求跟虛擬機器是一致的。那麼，虛擬機器網路的落地模式是怎樣的呢?

如上圖右側部分所示，IaaS層的落地網路方案可以認為是有行業標準的，不管是基於VMware 還是 OpenStack，基本都是採用OVS（或類似OVS）的二層 Underlay 網路方案。

因此，從基礎設施的角度往上看，容器網路採用跟 IaaS 類似的方案，即將虛擬機器和容器放到同一個網路層面上，是最合理的選擇。

PS：在公有云上，虛擬機器都在VPC裡，因此目前公有云的容器網路方案，也是主要採用將容器和虛擬機器放到同一個VPC中，可以直接互聯互通的方案。這也是對上述判斷的典型證明。

同時，對於部分客戶反饋的 Unberlay 網路佔用 IP 地址過多的問題，從虛擬機器和容器的對比角度，也可以獲得合理的解釋：如果使用虛擬機器部署，佔用 IP 地址數量與容器 Underlay 網路是一樣的。IP 地址的數量是由應用數量決定的，使用容器並沒有引入多餘 IP 地址佔用。另外，Ipv6已經開始規模落地，在Ipv6時代，IP 地址數量將不會是問題。

03

技術方案選型

容器典型的開源  Unberlay 網路選型方案有 Calico 和 MACVLAN，這兩個方案的問題也比較明顯：

Calico ：需要在資料中心路由器（或三層交換機）開啟 BGP 路由協議，而 BGP 是廣域網的路由協議，一般在資料中心內部不會啟動，低端三層交換機/路由器對齊的支援情況也有風險。

MACVLAN： 幾年前有部分客戶採用此容器網路方案，MACVLAN最大的問題就是社群活躍度已經很低，一些問題長期沒有在社群中解決。同時，面向未來的擴充套件性也比較差。

以上也是博雲基於 OVS 自研 Underlay（也支援Overlay）網路的原因。

04

總結

在容器網路方案中，Overlay網路方案有著對底層網路要求低（落地過程不需要跟網路部門打交道）、落地容易、IP地址佔用少等特點，也有自己適用的特性需求場景。但是隨著越來越多的客戶將 Kubernetes 和容器大規模應用到生產環境中，博雲客戶中選擇使用 Underlay 網路模式的比例也越來越高。這讓我們更加明確認識到：

內外直通的Underlay網路才是容器網路的正確開啟方式。