Kubernetes网络插件对比分析（Flannel、Calico、Weave）

本文将在介绍技术原理和相应术语的基础上，再集中探索与详细对比目前最流行的CNI插件：

• Flannel
• Calico
• Weave

介绍

网络架构是Kubernetes中较为复杂、让很多用户头疼的方面之一。Kubernetes网络模型本身对某些特定的网络功能有一定要求，但在实现方面也具有一定的灵活性。因此，业界已有不少不同的网络方案，来满足特定的环境和要求。

CNI意为容器网络接口，它是一种标准的设计，为了让用户在容器创建或销毁时都能够更容易地配置容器网络。在本文中，我们将集中探索与对比目前最流行的CNI插件：Flannel、Calico、Weave和Canal(技术上是多个插件的组合)。这些插件既可以确保满足Kubernetes的网络要求，又能为Kubernetes集群管理员提供他们所需的某些特定的网络功能。

背景

容器网络是容器选择连接到其他容器、主机和外部网络(如Internet)的机制。容器的Runtime提供了各种网络模式，每种模式都会产生不同的体验。

例如，Docker默认情况下可以为容器配置以下网络：

• none：将容器添加到一个容器专门的网络堆栈中，没有对外连接。
• host：将容器添加到主机的网络堆栈中，没有隔离。
• default bridge：默认网络模式。每个容器可以通过IP地址相互连接。
• 自定义网桥：用户定义的网桥，具有更多的灵活性、隔离性和其他便利功能。

Docker还可以让用户通过其他驱动程序和插件，来配置更高级的网络(包括多主机覆盖网络)。

CNI的初衷是创建一个框架，用于在配置或销毁容器时动态配置适当的网络配置和资源。下面链接中的CNI规范概括了用于配制网络的插件接口，这个接口可以让容器运行时与插件进行协调：

https://github.com/containernetworking/cni/blob/master/SPEC.md

插件负责为接口配置和管理IP地址，并且通常提供与IP管理、每个容器的IP分配、以及多主机连接相关的功能。容器运行时会调用网络插件，从而在容器启动时分配IP地址并配置网络，并在删除容器时再次调用它以清理这些资源。

运行时或协调器决定了容器应该加入哪个网络以及它需要调用哪个插件。然后，插件会将接口添加到容器网络命名空间中，作为一个veth对的一侧。接着，它会在主机上进行更改，包括将veth的其他部分连接到网桥。再之后，它会通过调用单独的IPAM(IP地址管理)插件来分配IP地址并设置路由。

在Kubernetes中，kubelet可以在适当的时间调用它找到的插件，来为通过kubelet启动的pod进行自动的网络配置。

术语

在对CNI插件们进行比较之前，我们可以先对网络中会见到的相关术语做一个整体的了解。不论是阅读本文，还是今后接触到其他和CNI有关的内容，了解一些常见术语总是非常有用的。

一些最常见的术语包括：

• 第2层网络：OSI(Open Systems Interconnections，开放系统互连)网络模型的“数据链路”层。第2层网络会处理网络上两个相邻节点之间的帧传递。第2层网络的一个值得注意的示例是以太网，其中MAC表示为子层。
• 第3层网络：OSI网络模型的“网络”层。第3层网络的主要关注点，是在第2层连接之上的主机之间路由数据包。IPv4、IPv6和ICMP是第3层网络协议的示例。
• VXLAN：代表“虚拟可扩展LAN”。首先，VXLAN用于通过在UDP数据报中封装第2层以太网帧来帮助实现大型云部署。VXLAN虚拟化与VLAN类似，但提供更大的灵活性和功能(VLAN仅限于4096个网络ID)。VXLAN是一种封装和覆盖协议，可在现有网络上运行。
• Overlay网络：Overlay网络是建立在现有网络之上的虚拟逻辑网络。Overlay网络通常用于在现有网络之上提供有用的抽象，并分离和保护不同的逻辑网络。
• 封装：封装是指在附加层中封装网络数据包以提供其他上下文和信息的过程。在overlay网络中，封装被用于从虚拟网络转换到底层地址空间，从而能路由到不同的位置(数据包可以被解封装，并继续到其目的地)。
• 网状网络：网状网络(Mesh network)是指每个节点连接到许多其他节点以协作路由、并实现更大连接的网络。网状网络允许通过多个路径进行路由，从而提供更可靠的网络。网状网格的缺点是每个附加节点都会增加大量开销。
• BGP：代表“边界网关协议”，用于管理边缘路由器之间数据包的路由方式。BGP通过考虑可用路径，路由规则和特定网络策略，帮助弄清楚如何将数据包从一个网络发送到另一个网络。BGP有时被用作CNI插件中的路由机制，而不是封装的覆盖网络。

了解了技术术语和支持各类插件的各种技术之后，下面我们可以开始探索一些最流行的CNI插件了。

CNI比较

Flannel

链接：https://github.com/coreos/flannel

由CoreOS开发的项目Flannel，可能是最直接和最受欢迎的CNI插件。它是容器编排系统中最成熟的网络结构示例之一，旨在实现更好的容器间和主机间网络。随着CNI概念的兴起，Flannel CNI插件算是早期的入门。

与其他方案相比，Flannel相对容易安装和配置。它被打包为单个二进制文件FlannelD，许多常见的Kubernetes集群部署工具和许多Kubernetes发行版都可以默认安装Flannel。Flannel可以使用Kubernetes集群的现有etcd集群来使用API存储其状态信息，因此不需要专用的数据存储。

Flannel配置第3层IPv4 Overlay网络。它会创建一个大型内部网络，跨越集群中每个节点。在此Overlay网络中，每个节点都有一个子网，用于在内部分配IP地址。在配置Pod时，每个节点上的Docker桥接口都会为每个新容器分配一个地址。同一主机中的Pod可以使用Docker桥接进行通信，而不同主机上的pod会使用flanneld将其流量封装在UDP数据包中，以便路由到适当的目标。

Flannel有几种不同类型的后端可用于封装和路由。默认和推荐的方法是使用VXLAN，因为VXLAN性能更良好并且需要的手动干预更少。

（编辑：核心网）

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