kubernetes中flannal、calico和cannal网络原理的实例分析

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一、flannel

原理：flannel有host-gw（非overlay网络），host-gw 模式是指直接使用指向目标机器物理ip的路由，不进行任何封装而进行数据包传输

（性能很高，但是如果节点太多，则每台机器的路由表会膨胀到一定境界，必须所有机器都互联，所有的节点必须都在同一个子网中，不能跨网段，二层必须能够互联）

           overlay网络，支持UDP、VxLAN、AWS VPC和GCE路由等数据转发方式 （kubernetes默认使用了vxlan，下面以vxlan为例说明）

首先是ip地址的分配，通过在ip池中划分子网到指定物理机器实现。（flannel在分配ip的时候会挑选可用的子网到各自物理机器上去，而pod的ip从该子网中分配）

主机192.168.0.4上

ip link add dev flannel_vxlan_c type veth peer name flannel_vxlan_h

brctl addif cni flannel_vxlan_h
ip link set flannel_vxlan_h up
ip addr add 10.244.0.1/24 dev cni

ip netns add flannel_vxlan
ip netns exec flannel_vxlan ip link set lo up
ip link set flannel_vxlan_c netns flannel_vxlan
ip netns exec flannel_vxlan ip link set flannel_vxlan_c up
ip netns exec flannel_vxlan ip addr add 10.244.0.3/24 dev flannel_vxlan_c
ip netns exec flannel_vxlan ip route add default via 10.244.0.1

ip nei add 10.244.2.0 dev flannel.1 lladdr 22:3d:4d:c5:65:ff（这个mac地址是对面192.168.0.16上flannel.1的mac地址）
bridge fdb add 22:3d:4d:c5:65:ff dst 192.168.0.16 dev flannel.1
ip route add 10.244.2.0/24 via 10.244.2.0 dev flannel.1 onlink

这样，在另一边做同样的设置，就可以实现在vxlan的基础上的东西向互联了

需要注意的是图中的flanneld这里，我还不太确定他是做什么用的

优势：overlay网络，能适应公有云环境

缺点：udp性能损耗非常高，vxlan相对很好，不能进行网络隔离等等网络策略操作

二、calico网络

calico提供两种模式网络：BGP、ip-in-ip（overlay网络）

工作原理：

calico在每个节点上的内核中创建一个vrouter,这个vrouter做高效的路由转发，vrouter通过bgp向其他节点通报本地的pod相关的路由信息，在小规模部署中，所有的节点都可通过bgp互联，大规模的时候可以通过bgp reflector来完成路由的通报。

ip地址分配：分配策略同flannel类似，也是将整个pool划分为不同的子网，将子网调度到不同的节点上，然后各节点上使用相应的子网内的ip地址创建pod

calico可以使用iptables实现访问控制，可以实现很多网络策略

如图：

pod与物理机通过veth相连接。

felix用来设置路由以及iptables（可以实现网络策略，控制pod的通信情况）

bgp client（bird）通过读取路由信息，向整个网络中进行广播。这样对面就会获知娶一个特定网络的路由信息。

需要注意的是ip-in-ip 与 完全bgp的区别是，pod出来的数据包，通过ip route被发送给一个本地的ipip设备（这个设备做的工作就是使用本地物理机的ip和目的物理机器ip将pod的ip报文封装起来，根据路由发送到相应的机器上去）

具体实现大概是下面这样子的

主机192.168.0.4

ip netns add calico
ip link add dev calico-c type veth peer name calico-h
ip link set calico-c netns calico
ip netns exec calico ip link set lo up
ip netns exec calico ip link set calico-c up
ip netns exec calico ip addr add 10.244.0.3/24 dev calico-c
ip netns exec calico ip route add default via 169.254.1.1
ip netns exec calico ip route add 169.254.1.1 dev calico-c

ip route add 10.244.0.3 dev calico-h
ip link set calico-h up
sysctl -w net.ipv4.conf.calico-h.proxy_arp=1

BGP模式

ip route add 10.244.2.0/24 via 192.168.0.16

IP-IN-IP模式

ip tunnel add tunl0 mode ipip

ip route add 10.244.2.0/24 via 192.168.0.16 dev tunl0

在另一边是相反的。当然这些操作都是felix以及confd 和bird完成的

calico的性能：比flannel强太多，即便overlay网络ip-in-ip也比flannel的overlay网络性能强很多

优点：性能强、快、有网络策略、有overlay、基于三层路由的

缺点：据说是不能VRF，当然目前我还不知道什么是VRF

三、canal

canal是flannel与calico的结合版，在这里去除了calico的confd bird部分，也就意味着不使用bgp，不使用ipip隧道，保留的只有felix部分，这部分提供路由以及iptables的设置，也就是一般的网络策略。flannel在这里保留的是vxlan的隧道部分

canal创建的pod的网络结构就是这样的

其本质是：

主机192.168.0.4

ip link add dev canal-c type veth peer name canal-h
ip link set canal-c netns canal
ip netns exec canal ip link set lo up
ip netns exec canal ip link set canal-c up
ip netns exec canal ip addr add 10.244.0.3/24 dev canal-c
ip netns exec calico ip route add default via 169.254.1.1
ip netns exec canal ip route add 169.254.1.1 dev canal-c

ip route add 10.244.0.3 dev canal-h
ip link set canal-h up
sysctl -w net.ipv4.conf.canal-h.proxy_arp=1

ip nei add 10.5.47.0 dev flannel.1 lladdr 22:3d:4d:c5:65:ff （192.168.0.16上flannel.1的mac）
bridge fdb add 22:3d:4d:c5:65:ff  dst 192.168.0.16 dev flannel.1
ip route add 10.244.1.0/24 via 10.244.1.0 dev flannel.1 onlink

主机192.168.0.16

ip link add dev canal-c type veth peer name canal-h
ip link set canal-c netns canal
ip netns exec canal ip link set lo up
ip netns exec canal ip link set canal-c up
ip netns exec canal ip addr add 10.244.1.3/24 dev canal-c
ip netns exec calico ip route add default via 169.254.1.1
ip netns exec canal ip route add 169.254.1.1 dev canal-c

ip route add 10.244.1.3 dev canal-h
ip link set canal-h up
sysctl -w net.ipv4.conf.canal-h.proxy_arp=1

ip nei add 10.244.0.0 dev flannel.1 lladdr  56:ad:b6:5f:16:d7 （192.168.0.4上flannel.1的mac）
bridge fdb add 56:ad:b6:5f:16:d7 dst 192.168.0.4 dev flannel.1
ip route add 10.244.0.0/24 via 10.244.1.0 dev flannel.1 onlink

优势：网络策略、overlay网络

缺点：性能下降的很快，但是貌似没有calico的不能vrf的缺点

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