在K8S中，flannel有几个工作模式及fannel的底层原理如何实现？

Flannel 是 Kubernetes 中常用的 CNI 插件，主要用于实现跨节点 Pod 之间的网络连通性。它通过为集群中的每个节点分配独立的 Pod 子网，并基于不同的“后端模式”实现子网间的数据包转发，核心目标是解决容器网络的“跨节点通信”问题。

一、Flannel 的主要工作模式（后端类型）

Flannel 支持多种数据转发模式（后端），不同模式的核心区别在于“跨节点 Pod 通信时数据包的处理方式”，常用的有以下 3 种：

1. vxlan 模式（默认模式）

这是 Flannel 最常用的模式，通过 VXLAN（虚拟扩展局域网） 协议实现跨节点通信，无需依赖底层网络的特殊配置，兼容性最强。

• 核心原理：

  • 在每个节点上创建一个虚拟的 VXLAN 设备（默认名称为 flannel.1），作为 Pod 网络与主机网络之间的“网关”。
  • 当 Pod 发送跨节点数据包时，Flannel 会将 Pod 的 IP 包（源 Pod IP + 目标 Pod IP）封装到 主机的 UDP 包 中（外层为源节点 IP + 目标节点 IP），通过主机网络传输。
  • 目标节点收到 UDP 包后，由 flannel.1 设备解封装，还原出原始 Pod IP 包，再转发到目标 Pod。

• 特点：

  • 优势：不依赖底层网络（支持跨二层、三层网络），部署简单，适合大多数场景（如跨交换机、跨机房的集群）。
  • 劣势：因“封装/解封装”过程，会增加约 10-30% 的网络延迟，性能略低。

2. host-gw 模式（主机网关模式）

该模式通过 静态路由 实现跨节点通信，性能优于 vxlan，但对底层网络有严格限制。

• 核心原理：

  • Flannel 为每个节点分配子网后，会在每个节点的 路由表 中添加一条规则：“目标 Pod 子网 → 下一跳为对应节点的主机 IP”。
  • 例如：节点 A（IP：192.168.1.10）的 Pod 子网为 10.244.1.0/24，节点 B（IP：192.168.1.11）的子网为 10.244.2.0/24，则节点 A 的路由表会添加“10.244.2.0/24 → 192.168.1.11”。
  • 跨节点通信时，数据包直接通过底层网络（如物理交换机）转发到目标节点，无需封装，由目标节点的内核直接转发到对应 Pod。

• 特点：

  • 优势：性能接近原生网络（无封装开销），延迟低。
  • 劣势：要求集群所有节点必须在 同一二层网络（即节点之间可通过 MAC 地址直接通信，如同一交换机或同一 VLAN 内），否则路由无法生效。

3. udp 模式（已过时，不推荐）

这是 Flannel 早期的模式，通过用户态的 UDP 隧道实现通信，因性能极差（比 vxlan 慢 50% 以上），现在已基本被弃用，仅作为兼容旧版本的选项。

• 原理：类似 vxlan，但封装逻辑在用户态（由 flanneld 进程处理）而非内核态，导致性能损耗极大。

二、Flannel 的底层核心原理（通用流程）

无论哪种工作模式，Flannel 的整体运行逻辑一致，主要包括以下步骤：

1. 网络初始化与子网分配

• 集群部署时，管理员需为 Flannel 配置一个“全局 Pod 网络网段”（如 10.244.0.0/16），用于分配给各节点。
• Flannel 通过 ETCD（或 Kubernetes API，新版本支持）存储集群网络元数据，包括：全局网段、每个节点的主机 IP、节点分配的 Pod 子网（如 10.244.1.0/24）等。
• 每个节点上的 flanneld 进程（以 DaemonSet 形式运行）启动时，会向 ETCD 申请一个未被分配的子网（默认 /24 掩码），并将“节点 IP + 子网”的映射关系写入 ETCD。

2. 节点网络配置

flanneld 进程获取本节点的子网后，会完成以下配置（确保 Pod 能正常通信）：

• 配置 CNI 插件：生成 CNI 配置文件（如 /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist），告知 kubelet 如何为新创建的 Pod 分配 IP（从本节点子网中选取）。
• 创建虚拟网络设备：
  • 对 vxlan 模式：创建 flannel.1 虚拟网卡，作为 VXLAN 隧道的端点。
  • 对 host-gw 模式：无需额外虚拟设备，直接操作主机路由表。
• 设置转发规则：
  • 根据 ETCD 中的节点-子网映射，在本机路由表中添加“目标子网 → 目标节点”的路由（vxlan 模式路由到 flannel.1 设备，host-gw 模式直接路由到目标节点 IP）。

3. 跨节点 Pod 通信流程

以 vxlan 模式为例，假设 Pod A（10.244.1.2，节点 A：192.168.1.10）要访问 Pod B（10.244.2.3，节点 B：192.168.1.11）：

1. Pod A 发送数据包（源 IP：10.244.1.2，目标 IP：10.244.2.3）。
2. 数据包通过 Pod 内的虚拟网卡（如 eth0）发送到节点 A 的根网络命名空间。
3. 节点 A 内核根据路由表，将数据包转发到 flannel.1 设备。
4. flannel.1 设备通过 VXLAN 协议封装数据包：外层为 UDP 包（源 IP：192.168.1.10，目标 IP：192.168.1.11，端口 8472），内层为原始 Pod 数据包。
5. 封装后的数据包通过节点 A 的物理网卡发送到节点 B。
6. 节点 B 的物理网卡收到数据包后，转发到 flannel.1 设备解封装，还原出原始 Pod 数据包。
7. 节点 B 内核根据路由表，将数据包转发到 Pod B 的 eth0 网卡。

总结

Flannel 的核心是通过“子网分配 + 跨节点转发”实现 Pod 通信，不同工作模式的差异在于转发方式：

• vxlan：通过隧道封装，兼容性强但性能有损耗；
• host-gw：通过静态路由，性能优但依赖二层网络；
• udp：已过时，不推荐使用。

实际使用中，vxlan 模式因兼容性好成为默认选择，而 host-gw 适合对性能敏感且网络环境允许的场景。