前言

在云原生领域，Kubernetes 已经成为了最主流的容器管理工具。Kubernetes 支持将容器部署到多个节点（即主机）上，因此必须解决容器间跨主机通信的问题。

本文将详细介绍 Kubernetes 中容器跨主机网络的实现原理和方法。

什么是 Flannel

在 Kubernetes 中，Flannel 是一个开源的容器网络解决方案。它负责在 Kubernetes 集群中创建一个虚拟网络，使得不同节点上的 Pod 可以使用相同的 IP 地址进行通信。
Flannel 旨在提供简单、快速、可靠的容器网络。
Flannel 通过分配每个节点一个唯一的子网，然后让节点之间的 Pod 通过这些子网进行通信来实现网络隔离。Flannel 支持多种后端，包括 UDP、VXLAN 和 Host-gw 等。

Flannel 的后端实现有哪些

Flannel 的后端实现主要包括以下几种方式：

VXLAN；
host-gw；
UDP。

这三种不同的后端实现，代表了三种容器跨主网络的主流实现方法。

在这三种模式中，UDP 模式可以说是 Flannel 项目早支持的一种方式，但也是性能最差的一种方式。

所以，目前为止这个模式用的比较少。不过，Flannel 之所以最先选择 UDP 模式，还是有它的道理的，因为这种模式是最直接、也是最容易理解的容器跨主网络实现。

UDP

UDP 是 Flannel 默认的后端实现方式。它使用 UDP 协议创建一组 overlay 网络，连接 Kubernetes 集群中的所有节点。每个节点都会获取一个子网，并将其中的 IP 地址分配给其上运行的 Pod。
当 Pod 需要与其他节点上的 Pod 通信时，它会将数据包封装在 UDP 包中，通过 overlay 网络发送到目标节点，并在那里解包。由于 UDP 的轻量级和简单性，它是 Flannel 最常用的后端实现方式。

VXLAN

VXLAN 是一种虚拟化隧道协议，它可以在不同子网之间传递以太网流量。Flannel 使用 VXLAN 创建 overlay 网络，每个节点都会获取一个唯一的 VTEP（VXLAN Tunnel Endpoint），并将其中的 IP 地址分配给其上运行的 Pod。

与 UDP 相比，VXLAN 需要较多的计算资源，但它提供了更好的可靠性和灵活性。

Host-gw

Host-gw 是一种“主机网关”模式，它将每个节点都视为一个网关，将所有 Pod 的流量直接路由到目标节点上的 Pod 所在的子网。

这种方式非常简单，因为它不需要任何 overlay 网络和封装解封装的过程。但是，它需要将所有节点上的路由表配置正确，也需要在集群中动态改变路由表来保证容器间的通信。

基于 Flannel UDP 模式的实现跨主通信

在 Flannel 的 UDP 模式下，每个节点都会获取一个唯一的子网，并将其中的 IP 地址分配给其上运行的 Pod。当 Pod 需要与其他节点上的 Pod 通信时，它会将数据包封装在 UDP 包中，通过 overlay 网络发送到目标节点，并在那里解包。
具体来说，Flannel 最初在集群中的每个节点上启动一个 flanneld 服务。flanneld 服务会协调所有节点之间的 overlay 网络，并为每个节点分配一个唯一的子网。
然后，在每个节点上运行的 kubelet 服务会在容器启动时将该子网的 IP 地址分配给容器。容器内的应用程序可以使用该 IP 地址来访问集群中的其他容器。

UDP 模式案例实现

假设有一个 Kubernetes 集群，有两个节点，每个节点都有一个容器正在运行。容器名称为“web1”和“web2”，它们都运行在不同的节点上。现在，我们要让这两个容器之间进行跨主机通信。

首先，我们需要确保每个节点上都已经安装了 Flannel 并成功启动了 flanneld 服务。然后，在每个节点上运行以下命令来检查 Flannel 是否正常工作：

$ sudo systemctl status flanneld

接下来，我们需要为每个节点分配一个唯一的子网。假设我们将第一个节点的子网设置为 10.244.0.0/24，第二个节点的子网设置为 10.244.1.0/24。在每个节点上运行以下命令来配置 Flannel 并分配子网：

$ sudo vim /etc/sysconfig/flanneld
FLANNEL_ETCD="http://etcd-ip:2379"
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kube-centos/network"
FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0"$ sudo systemctl restart flanneld

其中，etcd-ip 是 etcd 服务器的 IP 地址。注意，所有节点的 FLANNEL_ETCD_PREFIX 值必须相同，以便它们能够从 etcd 中获取相同的子网信息。

现在，我们可以在容器内使用指定的 IP 地址进行通信了。例如，在 web1 容器内运行以下命令来向 web2 容器发送 ping 包：

$ ping 10.244.1.2

其中，10.244.1.2 是 web2 容器的 IP 地址。
通过 Flannel UDP 模式，我们可以轻松地实现跨主机通信，使得基于 Kubernetes 的应用程序能够更加稳定和可靠地运行。

基于 Flannel UDP 模式的跨主通信的基本原理如下：
在这里插入图片描述

基于 Flannel VXLAN 模式的跨主通信

在 Flannel 的 VXLAN 模式下，每个节点都会获取一个唯一的 VTEP，它可以将容器的数据包封装在 VXLAN 包中，在 overlay 网络中传输。与 UDP 模式不同，VXLAN 模式需要使用 VXLAN 协议来进行封装和解封装。

具体来说，Flannel VNI（VXLAN Network Identifier）将被分配给 overlay 网络，并且每个节点都必须为该网络配置一个 VTEP（VXLAN Tunnel Endpoint）。

此外，每个 Pod 都将获得该网络中的一个唯一 IP 地址，并将其用于与其他 Pod 进行通信。

VXLAN 模式案例实现

首先，我们需要确保每个节点上已经安装了 Flannel 并成功启动了 flanneld 服务。然后，在每个节点上运行以下命令来检查 Flannel 是否正常工作：

$ sudo systemctl status flanneld

接下来，我们需要为每个节点分配一个唯一的 VTEP。假设我们将 VXLAN 网络 ID 设置为 1，第一个节点的 VTEP IP 地址为 192.168.0.1，第二个节点的 VTEP IP 地址为 192.168.0.2。在每个节点上运行以下命令来配置 Flannel 并分配 VTEP：

$ sudo vim /etc/sysconfig/flanneld
FLANNEL_ETCD="http://etcd-ip:2379"
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/kube-centos/network"
FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0 -vni=1"$ sudo ifconfig flannel.1 192.168.0.1/24 up
$ sudo systemctl restart flanneld

然后，在每个容器中都可以进行跨主机通信。例如，在 web1 容器内运行以下命令来向 web2 容器发送 ping 包：

$ ping 10.244.1.2

其中，10.244.1.2 是 web2 容器的 IP 地址。
通过 Flannel VXLAN 模式，我们可以轻松地实现跨主机通信，并提供更好的可靠性和灵活性。在运行基于 Kubernetes 的大规模应用程序时，使用 Flannel VXLAN 模式能够有效地提高网络性能和通信效率。
基于 Flannel VXLAN 模式的跨主通信的基本原理如下：
在这里插入图片描述

总结

以上主要介绍了在 Kubernetes 中容器跨主机网络的实现原理和方法。

Flannel 作为 Kubernetes 支持的容器网络解决方案，已经成为云原生领域中最流行的容器网络解决方案之一。
Flannel 通过分配每个节点一个唯一的子网或 VTEP，在 overlay 网络中传输容器的数据包，使得不同节点上的 Pod 可以使用相同的 IP 地址进行通信。
Flannel 提供了多种后端实现方式，包括 UDP、VXLAN 和 Host-gw 等。无论采用哪种后端实现方式，Flannel 都可以帮助我们轻松地实现跨主机通信，并提供稳定、高效的容器网络解决方案。