在K8S中，CNI模型有哪些?

在 Kubernetes 中，CNI（Container Network Interface） 是容器网络的标准化接口，负责为 Pod 配置网络（分配 IP、设置路由等）。不同的 CNI 插件实现了不同的网络模型，主要分为三大类：Overlay（覆盖）网络、Underlay（底层）网络 和 路由模型。以下是主流模型及其代表插件：

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一、Overlay（覆盖）网络模型

原理：
在宿主机的底层网络之上构建一个虚拟网络层，通过隧道封装技术（如 VXLAN、IPsec、Geneve）实现跨主机 Pod 的通信。
特点：

• ✅ 与底层网络解耦：不依赖底层网络设备（如路由器支持 BGP）。
• ⚠️ 性能损耗：封装/解封装增加 CPU 开销（约 10%~20% 带宽损耗）。
• ✅ IP 地址灵活：Pod IP 可自由分配（无需与物理网络协调）。

代表插件：

插件	封装协议	特点
Flannel	VXLAN/UDP	简单易用，适合中小集群
Calico	VXLAN/IPIP	支持网络策略（需切 VXLAN 模式）
Weave Net	VXLAN	内置 DNS、多播支持
Cilium	VXLAN/Geneve	基于 eBPF 的高性能，支持高级策略

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二、路由模型

原理：
通过三层路由直接转发 Pod 流量，无需隧道封装。依赖底层网络的路由能力（如节点间 BGP 协议）。
特点：

• ✅ 高性能：无封装开销，接近裸机网络性能。
• ⚠️ 依赖网络设备：需支持 BGP（如 Calico-BGP）或静态路由配置。
• ✅ IP 地址需规划：Pod IP 需在底层网络路由可达。

代表插件：

插件	路由协议	特点
Calico	BGP	生产级路由，支持精细网络策略
Kube-router	BGP	集成服务代理和网络策略
Cilium	BGP (eBPF)	基于 eBPF 加速路由

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三、Underlay（底层）网络模型

原理：
Pod 直接使用底层物理网络的 IP 地址（如 MACVLAN、IPVLAN、SR-IOV），Pod 在网络中表现为独立设备。
特点：

• ✅ 极致性能：绕过宿主机网络栈（如 SR-IOV）。
• ⚠️ IP 地址消耗大：每个 Pod 需占用物理网络 IP。
• ⚠️ 配置复杂：需与物理网络深度集成（如 VLAN 划分）。

代表插件：

插件	技术	适用场景
MACVLAN/IPVLAN	虚拟网卡直通	高密度容器，低延迟需求
SR-IOV CNI	硬件网卡虚拟化	高性能 NFV、DPDK 应用
Multus	多网卡支持	为 Pod 附加多个网络接口（如业务网+存储网）

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四、特殊模型

1. 云厂商集成模型

• 原理：直接调用云平台 SDN API（如 AWS VPC CNI、Azure CNI）。
• 特点：
  • ✅ Pod 使用云平台 VPC IP，与虚拟机互通无缝。
  • ⚠️ IP 地址受限于 VPC 子网大小。
• 插件：
  • AWS VPC CNI、Azure CNI、GKE Alias IP。

2. 服务网格模型

• 原理：通过 Sidecar 代理（如 Istio Envoy）管理服务间流量，与 CNI 解耦。
• 代表：Istio、Linkerd。

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五、CNI 模型对比总结

模型	性能	复杂度	IP 灵活性	网络策略支持	代表场景
Overlay	中	低	✅ 高	✅	通用集群、跨云环境
路由	高	中	⚠️ 中	✅	企业数据中心、大规模集群
Underlay	极高	高	❌ 低	⚠️ 部分支持	金融/NFV低延迟场景
云厂商	高	低	❌ 低	✅	公有云部署

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六、如何选择 CNI 模型？

1. 通用需求：
   • 中小集群 → Flannel（Overlay）
   • 需网络策略 → Calico（路由/VXLAN） 或 Cilium（eBPF）
2. 高性能需求：
   • 私有云 → Calico-BGP（路由）
   • 公有云 → 云厂商 CNI（如 AWS VPC）
   • 超低延迟 → SR-IOV（Underlay）
3. 多网卡/特殊网络：
   • Multus + Underlay 插件（如 IPVLAN）

💡 趋势：基于 eBPF 的 Cilium 正在成为新一代标准（覆盖路由/Overlay/安全策略），性能与灵活性俱佳。

通过 CNI 模型的灵活选择，Kubernetes 可适配从公有云到裸金属、从微服务到高性能计算的各类场景。