Kubernetes进阶：理解CNI和CNI插件

理解典型网络插件工作原理，掌握CNI插件的使用。

什么是 CNI

• Container Network Interface，容器网络的 API 接口
• Kubelet 通过这个标准的 API 调用不同的网络插件配实现置网络
• CNI 插件：一系列实现了 CNI API 接口的网络插件

Kubernetes 中如何使用

1. 配置 CNI 配置文件（/etc/cni/net.d/xxnet.conf）
2. 安装 CNI 二进制插件（/opt/cni/bin/xxnet）
3. 在这个节点上创建 Pod
4. Kubelet 会根据 CNI 配置文件执行 CNI 插件
5. Pod 的网络就配置完成了
   

如果只是使用 CNI 插件，大部分 CNI 插件的提供者都可以一键安装，非常容易。例如 Flannel 安装,只需要一个命令，配置和二进制自动安装配置：

For Kubernetes v1.7+                      
# kubectl apply -f http://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

Flannel 会通过 Daemonset 自动把配置和二进制拷贝到 Node 的配置文件夹中。

如何选择 CNI 插件

CNI 插件通常有三种模式

社区那么多插件，需要如何选择？

1. 环境限制：
   不同环境支持的底层能力不同
   • 虚拟化 网络限制多，需要选择支持 Overlay 的插件：Flannel-vxlan，Calico-ipip，Weave 等。
   • 物理机 选择 Underlay 或路由的插件。例如：calico-bgp，flannel-hostgw，sriov等。
   • 公有云 如果有则选云厂商支持的。例如：Aliyun 的 Terway。
2. 功能需求：
   不同实现支持的功能不同
   • 安全 NetworkPolicy 支持 Pod 网络间的访问策略，Calico，Weave。
   • 集群外资源互联互通 选择 Underlay 的网络，例如 sriov，calico-bgp。
   • 服务发现与负载均衡 很多 Underlay 的插件不支持 K8s service 服务发现。
3. 性能需求：
   不同实现的性能损失不同
   • Pod 创建速度 Overlay 或者路由模式的网络插件创建快，Underlay 模式网络插件创建慢。
   • Pod 网络性能 Overlay 性能相对较差，Underlay 模式和路由模式网络插件性能好。

如何开发自己的 CNI 插件

CNI 插件实现通常需要两个部分：

• 一个二进制的 CNI 插件去配置 Pod 的网卡和 IP 等 ——> 给 Pod 插上网线
• 一个 Daemon 进程去管理 Pod 之间的网络打通 ——> 给 Pod 连上网络

给 Pod 插上网线

1. 给 Pod 准备虚拟网卡
   • 创建"veth"虚拟网卡对
   • 将一端的网卡挪到 Pod 中
2. 给 Pod 分配 IP 地址
   • 给 Pod 分配集群中唯一的 IP 地址
   • 一般会把 Pod 网段按 Node 分段
   • 每个 Pod 再从 Node 段中分配 IP
3. 配置 Pod 的 IP 和路由
   • 给 Pod 的虚拟网卡配置分配到的 IP
   • 给 Pod 的网卡上配置集群网段的路由
   • 在宿主机上配置到 Pod 的 IP 地址的路由到对端虚拟网卡上
     

给 Pod 连上网线：让每一个 Pod 的 IP 在集群中都能被访问到

1. CNI Daemon 进程学习到集群所有 Pod 的 IP 和其所在节点
   • 通常通过请求 K8S APIServer 拿到现有 Pod 的 IP 地址和节点。
   • 监听 K8S APIServer 新的 Node 和 Pod 的创建自动配置。
2. CNI Daemon 配置网络来打通 Pod 的 IP 的访问
   • 创建到所有 Node 的通道：Overlay 隧道，VPC 路由表，BGP 路由等。
   • 将所有 Pod 的 IP 地址跟其所在 Node 的通道关联起来：Linux 路由，Fdb 转发表，OVS流表等。

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