k8s中的网络
目录
一、网络前提条件-网络模型
二、需要解决的网络问题
1.容器和容器之间的网络
2.pod与pod之间的网络
同一台node节点上pod和pod通信
不同node节点上pod和pod通信
3.pod与service之间的网络
4.Internet与service之间的网络
Internet到k8s的流量
本文参考戳该链接可以看原文，原文作者整理非常好
一、网络前提条件-网络模型
k8s组网要求
所有的Pods之间可以在不使用NAT网络地址转换的情况下相互通信
所有的Nodes之间可以在不使用NAT网络地址转换的情况下相互通信
每个Pod自己看到的自己的ip和其他Pod看到的一致
k8s网络模型设计原则
每个Pod都拥有一个独立的 IP地址，而且 假定所有 Pod 都在一个可以直接连通的、扁平的网络空间中 。
不管它们是否运行在同 一 个 Node (宿主机，在网络模型中可以理解为路由器，所有的资源最终都要通过节点的网络分发出去)中，都要求它们可以直接通过对方的 IP 进行访问。
设计这个原则的原因 是，用户不需要额外考虑如何建立 Pod 之间的连接，也不需要考虑将容器端口映射到主机端口等问题。
由于 Kubemetes 的网络模型假设 Pod 之间访问时使用的是对方 Pod 的实际地址，所以一个Pod 内部的应用程序看到的自己的 IP 地址和端口与集群内其他 Pod 看到的一样。它们都是 Pod 实际分配的IP地址 (从dockerO上分配的)。将IP地址和端口在Pod内部和外部都保持一致， 我们可以不使用 NAT 来进行转换，地址空间也自然是平的。
二、需要解决的网络问题
根据以上的一些要求，需要解决的问题
Docker容器和Docker容器之间的网络
Pod与Pod之间的网络
Pod与Service之间的网络
Internet与Service之间的网络
1.容器和容器之间的网络
pod有多个容器，它们之间怎么通信？
pod中每个docker容器和pod在一个网络命名空间内，所以ip和端口等等网络配置，都和pod一样，主要通过一种机制就是，docker的一种网络模式，container，新创建的Docker容器不会创建自己的网卡，配置自己的 IP，而是和一个指定的容器共享 IP、端口范围等
2.pod与pod之间的网络
pod与pod之间的网络：首先pod自身拥有一个IP地址，不同pod之间直接使用IP地址进行通信即可
同一台node节点上pod和pod通信
疑问：那么不同pod之间，也就是不同网络命名空间之间如何进行通信（现在还是，同一台node节点上）
解决：
基础容器也就是pause容器启动之前会创建一个虚拟Ethernet的接口对，简单说veth对就是一个成对的端口，所有从这对端口一端进入的数据包，都将从另一端出来。其中一端接口保留在主机的命名空间里（就是ifconfig命令中的vethXXX），另一端就移到容器网络命名空间里，并命名eth0。
为了让多个Pod的网络命名空间链接起来，我们可以让veth对的一端链接到root网络命名空间（宿主机的），另一端链接到Pod的网络命名空间。
嗯，那么继续。
还需要用到一个Linux以太网桥，它是一个虚拟的二层网络设备，主机网络命名空间接口会绑定到容器运行时配置的网络桥接上，以太桥目的就是把多个以太网段连接起来，它维护一个转发表，通过查看每个设备mac地址决定转发，还是丢弃数据
pod1-->pod2（同一台node上），pod1通过自身eth0网卡发送数据，eth0连接着veth0，网桥把veth0和veth1组成了一个以太网，然后数据到达veth0之后，网桥通过转发表，发送给veth1，veth1直接把数据传给pod2的eth0，就是说网桥解决同主机中容器互通以及容器与宿主机与外界网络互通。但是不同节点之间容器怎么通信，需要网络桥以某种方式连接，有overlay,underlay网络和常规三层路由（192.168.1.0/24和192.168.2.0/24，它们是不同网段，相同网关，即通过网关路由）。
不同node节点上pod和pod通信。
CIDR的介绍：
CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由选择）它消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。它可以将好几个IP网络结合在一起，使用一种无类别的域际路由选择算法，使它们合并成一条路由从而较少路由表中的路由条目减轻Internet路由器的负担，由CloudControllerManager的route manager创建路由表项，叫集群cidr或者叫VPC虚拟网络，创建完成之后再在节点上创建节点cidr，就是为了给pod划分不同的网络段，比如第一个节点的网段192.168.0.0/24，第二个节点的网段192.168.8.0/24。
看图，接着往下捋。
k8s集群中，每个node节点都会被分配一个CIDR块，（把网络前缀都相同的连续地址组成的地址组称为CIDR地址块）用来给node上的pod分配IP地址，另外还需要把pod的ip和所在nodeip进行关联
比如node1上pod1和node2上的pod4进行通信
首先pod1上网卡eth0将数据发送给已经管理到root命名空间的veth0上，被虚拟网桥收到，查看自己转发表之后，并没有pod4的mac地址。
就会把包转发到默认路由，（root命名空间的eth0上，也就是已经到了node节点的往卡上）通过eth0，发送到网络中。
寻址转发后包来到了node2，首先被root命名空间的eth0设备接受，查看目标地址是发往pod4的，交给虚拟网桥路由到veth1，最终传给pod4的eth0上。
3.pod与service之间的网络
pod的ip地址是不持久的，当集群中pod的规模缩减或者pod故障或者node故障重启后，新的pod的ip就可能与之前的不一样的。所以k8s中衍生出来Service来解决这个问题。
Service管理了多个Pods，每个Service有一个虚拟的ip,要访问service管理的Pod上的服务只需要访问你这个虚拟ip就可以了，这个虚拟ip是固定的，当service下的pod规模改变、故障重启、node重启时候，对使用service的用户来说是无感知的，因为他们使用的service的ip没有变。
当数据包到达Service虚拟ip后，数据包会被通过k8s给该servcie自动创建的负载均衡器路由到背后的pod容器。
在k8s里，iptables规则（也叫netfilter，在网络收发和路由管道上有PREROUTING,FORWARD,POSTROUTING,INPUT,OUTPUT，归根结底就是做DNAT，就是外网访问容器小网中的服务，而容器小网中的服务访问外网就叫SNAT，比如docker run --P 8080:80就是DNAT端口转换）是由kube-proxy控制器配置的，kube-proxy通过APIserver监听集群状态的更改，因为集群中所有service（iptables）更改都会发送到APIserver上，所以每台kubelet-proxy监视APIserver，当对service或pod虚拟IP进行修改时，kube-proxy就会在本地更新，把集群服务的状态和属性翻译成反向代理的配置，由iptables转发，这样就能正确实现后端pod到service包的流转：
数据包从pod1所在eth0离开，通过veth对的另一端veth0传给网桥cbr0，网桥找不到service的ip对应的mac，交给了默认路由，到达了root命名空间的eth0
root命名空间的eth0接受数据包之前会经过iptables进行过滤，iptables接受数据包后使用kube-proxy在node上配置的规则响应service，然后数据包的目的ip重写为service后端指定的pod的ip了
service到pod包的流转
收到包的pod会回应数据包到源pod，源ip是发送方ip，目标IP是接收方，数据包进行回复时经过iptables，iptables使用内核机制conntrack记住它之前做的选择，又将数据包源ip重新为service的ip，目标ip不变，然后原路返回至pod1的eth0
4.Internet与service之间的网络
将k8s集群服务暴露给互联网上用户使用，有两个问题；（1）从k8s的service访问Internet，以及（2）从Internet访问k8s的service.
根据参考文章，通过Internet网关，node可以将流量路由到Internet，但是pod具有自己的IP地址，Internet王冠上的NAT转换并不适用。参考方案：就是node主机通过iptables的nat来解决
node到internet包的流转
数据包源自pod1网络命名空间，通过veth对连接到root网络命名空间，紧接着，转发表里没有IP对应的mac，会发送到默认路由，到达root网络命名空间的eth0
那么在到达root网络明明空间之前，iptables会修改数据包，现在数据包源ip是pod1的，继续传输会被Internet网关拒绝掉，因为网关NAT仅转发node的ip，解决方案：使iptables执行源NAT更改数据包源ip，让数据包看起来是来自于node而不是pod
iptables修改完源ip之后，数据包离开node，根据转发规则发给Internet网关，Internet网关执行另一个NAT，内网ip转为公网ip，在Internet上传输。
数据包回应时，也是按照：Internet网关需要将公网IP转换为私有ip，到达目标node节点，再通过iptables修改目标ip并且最终传送到pod的eth0虚拟网桥。
Internet到k8s的流量
让Internet流量进入k8s集群，这特定于配置的网络，可以在网络堆栈的不同层来实现：
（1） NodePort
（2）Service LoadBalancer
（3）Ingress控制器。
这里只介绍第三种，如果想看详细的，文章开始有一个链接
第七层流量入口：Ingress Controller
通过一个公开的ip地址来公开多个服务，第7层网络流量入口是在网络堆栈的HTTP / HTTPS协议范围内运行，并建立在service之上。
工作：客户端现针对www.1234.com执行dns解析，DNS服务器返回ingress控制器的ip，客户端拿到ip后，向ingress控制器发送http的get请求，将域名加在host头部发送。控制器接收到请求后，从host头部就知道了该访问哪一个服务，通过与该service关联的endpoint对象查询podIP地址，将请求进行转发
第7层负载均衡器的一个好处是它们具有HTTP感知能力，因此它们了解URL和路径。 这允许您按URL路径细分服务流量。 它们通常还在HTTP请求的X-Forwarded-For标头中提供原始客户端的IP地址。
转自：https://www.cnblogs.com/jojoword/p/11214256.html
浙公网安备 33010602011771号