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[系统运维]企业运维实战之k8s（k8s网络通信）初学者必看，点赞关注后期不迷路

k8s通信概述

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Flannel

Flannel网络

VXLAN，即Virtual Extensible LAN（虚拟可扩展局域网），是Linux本身支持的一网种网络虚拟化技术。VXLAN可以完全在内核态实现封装和解封装工作，从而通过“隧道”机制，构建出覆盖网络（Overlay Network）。
VTEP：VXLAN Tunnel End Point（虚拟隧道端点），在Flannel中 VNI的默认值是1，这也是为什么宿主机的VTEP设备都叫flannel.1的原因。
Cni0: 网桥设备，每创建一个pod都会创建一对 veth pair。其中一端是pod中的eth0，另一端是Cni0网桥中的端口（网卡）。
Flannel.1: TUN设备(虚拟网卡)，用来进行 vxlan 报文的处理（封包和解包）。不同node之间的pod数据流量都从overlay设备以隧道的形式发送到对端。
Flanneld：flannel在每个主机中运行flanneld作为agent，它会为所在主机从集群的网络地址空间中，获取一个小的网段subnet，本主机内所有容器的IP地址都将从中分配。同时Flanneld监听K8s集群数据库，为flannel.1设备提供封装数据时必要的mac、ip等网络数据信息。

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Flannel网络原理

当容器发送IP包，通过veth pair 发往cni网桥，再路由到本机的flannel.1设备进行处理。
VTEP设备之间通过二层数据帧进行通信，源VTEP设备收到原始IP包后，在上面加上一个目的MAC地址，封装成一个内部数据帧，发送给目的VTEP设备。
内部数据桢，并不能在宿主机的二层网络传输，Linux内核还需要把它进一步封装成为宿主机的一个普通的数据帧，承载着内部数据帧通过宿主机的eth0进行传输。
Linux会在内部数据帧前面，加上一个VXLAN头，VXLAN头里有一个重要的标志叫VNI，它是VTEP识别某个数据桢是不是应该归自己处理的重要标识。
flannel.1设备只知道另一端flannel.1设备的MAC地址，却不知道对应的宿主机地址是什么。在linux内核里面，网络设备进行转发的依据，来自FDB的转发数据库，这个flannel.1网桥对应的FDB信息，是由flanneld进程维护的。
linux内核在IP包前面再加上二层数据帧头，把目标节点的MAC地址填进去，MAC地址从宿主机的ARP表获取。此时flannel.1设备就可以把这个数据帧从eth0发出去，再经过宿主机网络来到目标节点的eth0设备。目标主机内核网络栈会发现这个数据帧有VXLAN Header，并且VNI为1，Linux内核会对它进行拆包，拿到内部数据帧，根据VNI的值，交给本机flannel.1设备处理,flannel.1拆包，根据路由表发往cni网桥，最后到达目标容器。

Flannel的vxlan模式

在集群中的每台主机都会记录以下内容
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可以从下图看到server4的mac地址与上图server3记录的一样

可以看到每个mac地址对应的flannel.1的目的ip

Flannel的host-gw模式

进入编辑模式

kubectl  -n kube-system  edit  cm kube-flannel-cfg

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将type更改为host-gw

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刷新

kubectl get pod -n kube-system |grep kube-flannel |awk '{system("kubectl delete pod "$1" -n kube-system")}'

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route -n

可以看到flannel.1变成了eth0 直接指向目标主机
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flannel组件删除

删除flannel，直接delete配置文件方式

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可以看到fannel已经没有了
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转移配置文件，避免其影响其他网络组件的使用

cd /etc/cni/net.d/
mv 10-flannel.conflist /mnt/

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calico

Calico架构

Felix：监听ECTD中心的存储获取事件，用户创建pod后，Felix负责将其网卡、IP、MAC都设置好，然后在内核的路由表里面写一条，注明这个IP应该到这张网卡。同样如果用户制定了隔离策略，Felix同样会将该策略创建到ACL中，以实现隔离。
BIRD：一个标准的路由程序，它会从内核里面获取哪一些IP的路由发生了变化，然后通过标准BGP的路由协议扩散到整个其他的宿主机上，让外界都知道这个IP在这里，路由的时候到这里来。

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Calico工作模式

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Calico安装

先将官方的yaml资源清单下载下来

wget https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml

提前将资源清单内的镜像拉取到harbor仓库，然后修改yaml文件中的image:
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执行yaml文件

kubectl  apply -f   calico.yaml

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查看是否部署完成

kubectl -n kube-system get pod

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calico网络策略

限制访问指定服务

vim nginx-policy.yml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: deny-nginx
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: nginx

允许指定pod访问服务

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: access-nginx
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: nginx
  ingress:
  - from:
      - podSelector:
          matchLabels:
            app: demo

禁止 namespace 中所有 Pod 之间的相互访问

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: default-deny
  namespace: default
spec:
  podSelector: {}

禁止其他 namespace 访问服务

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: deny-namespace
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
  ingress:
  - from:
    - podSelector: {}

只允许指定namespace访问服务

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: access-namespace
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: myapp
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          role: prod

允许外网访问服务

kind: NetworkPolicy
apiVersion: networking.k8s.io/v1
metadata:
  name: web-allow-external
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: web
  ingress:
  - ports:
    - port: 80
    from: []