简单聊聊Calico与Flannel

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本人在接触k8s的2年多过程中对于flannel和calico都使用过,也查阅资料了解过此两种网络的底层,今天简单聊聊Calico与Flannel两种网络,如有错误之处欢迎指正。

容器虚拟化网络方案,总体分为2种截然不同的发展路线:

基于隧道

1、隧道方案最具普适性,在任何网络环境下都可以正常工作,这与[ [ b ~ G b % ^ G它的原理密不可分。j + + O e

2、最常见的隧道方案是flannel vxlan模式,以及calico的ipip模式[ X ~ S S R K J 8,其核心原理包& D f含了2个部分。

分配网段

每台宿主机e 7 6 4 E t A上都有网络插件的agent进程,它们连接到M ` ietcd集中式a I e i X存储,从虚拟IP池中申请一个IP段占位己有,宿主机上每个容器则从IP段中分配得到1个虚拟IP。

$ y Y , ] s ; x装/解封

1)、当不同宿主机上的容器互相访问时,数据包的源IP和目标IP都是容器IP。

2)、数据: ] x包经过宿主机的aI p 3 + y Dgent进程进行封装后,新数据包的源IP和目标IP则变成了两端宿主机的物理IP。

3)、数据包送到目标宿主机后,经过agent解封后得到原始数据包,并将数据包送入容器中处理,这就给两端容7 j 6 B m q 0 E O器营造了一种互通的感觉。

4)、因为物理IP属于3层网络,可以在互联网中经过中间路由设备互相送达,所以隧道方案对宿X I p + ! ? ] Q主机之间的网络环境没有特殊要求,因此隧道方案具备普适; N -性。

优势/劣势

优势就是对物理网络环境没有特殊要求,只要宿主机IP层可以路由互通即可V 1 8

劣势就是性能差,这需要从以下方面看:

  • 封包和解包) { / i J 0 _ 3耗费CPU性能
  • 额外的封% e L J B D F装导致带宽n r R s浪费,V 5 G u c大约有30%左右e T %的带宽损耗;

flah s v . ennel vxlan和W 5 d 1 { g ~ :calico ipip模式都是隧道方案,但是calico的封装协议IPIP的header更小,Z # G 9 l T r I所以性能比flannel vxlan要好一点点。

基于路由

1、路由方案性能最好,原因是该方案不需要封包和解包,所以没有隧道方案的劣势,网络性能很好。

2、常见的路由方案包括了flannel的host-gw模式,以及calico的bgp模式。

下面以calico bpg模式为例,分析基于路由的方案原理,其包含了3个部@ [ A 4 * 7分。

分配网段

每台宿主机也有agentF b c 2,会从etcd中的虚拟IP池分配到一个IP子网段,宿主机上每个容器则从该IP段中分配得到1个虚拟IP。

本地路由

1)、假设我们在宿主机A上新建了一个容器,则该容器分配了一个虚拟l : A v RII h n _ ,P,我们假设它是值是k。

2)、agent会在本机配置一条路由规则,即:如果数据包的目标地址等于k,那么把数据e ; + T U A / ;包送到容器的虚拟网卡上。

3)、另外一台宿主机f u =B上的一个容器,其IP是m,向k容器发数据包,则数据包的目标地址是k,原地址是m。

4)、既然路由方案是不使用隧道封包为物理IP在网络中流通的& L R N K % b ],那么该数据包又该如何送达到虚拟IP k呢?

广播路由

1)、路由方案会采用T ! 7 R A -如下的手段,搞定m到k的虚拟IP互通问题。

2)、即宿主机A会通过u ` d 0 Z Y X p某种方式(比如BGP广播协议)把自己的虚拟IP网段广播给宿主机B。

3)、在宿主机B收x J T ! b到广播后,会给本机配置一条路由规则:如果数据包的目标地址属于宿主机A的虚拟w G C % /IP网段,则把该数据包发给宿主机A的物理IP。

4)、这条路由规则相当于为# q / b r ? `宿主机A的虚拟IP网段配 Z K 8 . 3 b置了转发网关,而这个网关就是宿} ^ _ [ 9 %主机A的物理IP。这就要求,宿主机B和宿主机A在2层网络是互通的,也就是它们在一个交换机下面,可以基于w h J 4 s F !MAC地址直接互通。

5)、一旦该数据包被送往宿主机A的物理IP,则宿主机A就0 , 可以应用刚才讲过的”本地路由“规则了,即:数据包的目标IP是k,直接送给对应容器的虚拟网卡。

整个O 0 ( 1 J X过程中从m发往k的数据包采用的都是虚拟容器IP,没有经过任何封装和解封,而仅仅是通过宿主机B收到的广播路由+宿主机A的本地路由,就实现了在2层网络互通环境下的高效通讯。

优势/劣势

优势就是没有封包和解包过程,完全基于两端宿主机的路由表进行转发。

劣势包含2方面:

要求宿主机处于同一个2层网络下,也就是连在一台交换机上,这样才能基于MAC通讯,而不需要在ID S , )P上动封包/解包的手脚。

路由表/ 8 O 4膨胀导致性能降低,因为宿主机上每个容器需要在本机添加一条路由规则,而不同宿主机之间需要广播自己的网段路由规则。

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原文发布时间:2020-06-28
本文作者:小小程序员
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