Kubernetes网络概述

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Kubernetes网络概述

猫饭先生 2017-10-10 13:57:00 浏览2023
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【编者的话】本文比较了Kubernetes和Docker的网络模型,并对Kubernetes的网络模拟做了重点阐述,对Kubernetes的网络插件作了比较。

本文讲的是Kubernetes网络概述容器编排技术是当今最火的IT技术之一。不可否认,Docker技术促进了数据中心的发展,并为微服务架构在开发和运维中的实践奠定了基础。

工作在Sun公司的John Gage 曾说:“ 网络就是计算机。” 为了能充分发挥计算机的功能,必须让计算机之间互相连接。因此,除非你的服务是简单的并且不需要扩容,容器编排技术是一个不错的容器管理技术。在容器编排技术领域,有两个主要的公司Docker和Google, 每个公司都有用略微不同的方式实现容器编排的产品。

开箱即用的Dcoker容器被绑定到一个独立的机器上。虽然可以在已建立的端口部署服务,但是当将应用程序扩展时,这很快将会是一项枯燥的任务。当将每台机器作为独立单元处理时,灵活的自动扩展服务将困难的多。

对于任何的编排业务,必须为集群选择合适的网络模型,因为这是系统的可配置部分并且通常是不可变的。读完这篇文章,希望你能对容器的网络模型做出选择。

Kubernetes模型

Google的Kubernetes是一个公认的,经过实战考验的,比较成熟的容器编排技术。它是一个在集群环境中用于管理应用程序的开源容器编排工具。最近发布的1.6版本,增强了在集群环境中多用户多重负载的可部署性。通过使用minikube简化了测试环境的搭建,minikube是在host上启动了一个all in one的虚拟机来运行Kubernets集群。但是,这样的集群受限于一个节点,除了用作测试工具,没有办法去尝试多节点业务流程。所以,需要用适当的网络模型建立多节点集群。为了能更好的理解Kubernetes的网络模型,先看下集群中可能遇到的场景。

Kubernetes 网络有四种组件网络场景:

容器间通信

这发生于Pod 内,可以认为是本地host的流量。然而,这种场景,并没有任何网络特性,本文不做阐述。

Pod 间通信

Pod是可以被Kubernetes创建和管理的最小可部署的计算单元。在Kubernetes集群中每个pod被分配一个IP地址,Pod中的container共享网络命名空间。这构成了一个pod间可以相互通信的网络场景。

Pod和Service间通信

在Pod和Service间通信场景中,service被分配一个客户端可以访问的IP地址。然后,它们被透明的代理到被Service管理的一组Pod。发给Service的IP的请求会被运行在每个host上的kube-proxy 处理,来选择去往正确的pod的路由。

外部和内部服务间通信

允许外部流量进入集群,主要是通过映射外部的负载均衡器显示的发现集群中的服务。该映射允许Kube-intermediary使用集群的pod网络对适当的pod进行外部请求。当流量到达一个节点后,通过kube-proxy路由到正确的后端服务。

Docker模型

Docker Swarm,是Kubernetes的主要竞争对手,自从Docker 1.12版本(2016.6)后,已经成为Docker Engine的组成单元。在这之前,Docker Swarm 作为一个独立的产品,是一个轻量级的容器编排工具。

让我们将所熟知的Kubernetes与Docker允许的容器网络方案进行比较。为了保证在不影响主机网络接口前提下,容器可以相互通信,Docker 用了一个叫Docker0 的虚拟网桥。Docker0 被分配子网,每个container通过内部的网络接口(通常是eht0)和 Docker0 通信。这意味着容器只在一个Docker节点联网。

如果多个节点通信,则需要一种不同的方法。一个可以使用部署Docker Swarm 用于overlay的网络(通过key,vlaue的存储模式进行管理,如:etcd或Consul)或者用运行在Docker Engine的网络插件。

Kubernetes和 Docker的网络方案标准

有许多标准可以成为容器网络的解决方案。Docker和Kubernetes在容器网络标准化方面的工作也有所增加。Docker创建了容器网络模型(CNM),而在同一时间CoreOS也开发了容器网络接口(CNI)。

容器网络模型(CNM)

CNM由Docker引入,CNM有IP 地址管理(IPAM)和网络插件功能。IPAM插件可以创建IP地址池并分配,删除和释放容器IP。网络插件API用于创建/删除网络,并从网络中添加/删除容器。Docker的libnetwork为CNM的实现提供了基础。内置的Docker驱动程序可以在第三方插件帮助下被替换。

因为CNM是在考虑Docker运行时设计的,Kubernetes决定使用容器网络接口(CNI)作为其网络插件而不是开发自己的网络标准。

容器网络接口(CNI)

CNI 分配IP地址给容器网络接口,而不是像CNM中的etcd或Consul的分布式键值存储。这使CNI 提供了一个简单的网络接口集可以从网络中增加或删除容器。最新的CNI支持定义IPAM插件,它可以在需要的CNI插件的帮助下被控制。这允许单独的网络和IPAM插件并帮助网络驱动程序调用IPAM插件。

Kubernetes网络插件

下面列出的插件是专门为Kubernetes开发的。

Kubenet

Kubenet是专门用于单节点环境,它可以通过与设定规则的云平台一起使用来实现节点间的通信。Kubenet是一个非常基本的网络插件,如果你正在寻找跨节点的网络策略,Kubenet没有任何帮助。

Flannel

Flannel是一个被CoreOS开发的,专门为Kubernetes设计的overlay网络方案。Flannel的主要优点是它经过了良好的测试并且成本很低。Flannel 为整个集群的提供分布式处理。Kubernetes为正确的通信和服务,进行端口映射和分配唯一的IP地址给每个pod。如果你用Google Compute,它将非常兼容。然而,如果你用其他的云服务商,可能会遇到很多困难。Flannel正解决这个问题。

Weave

Weave是由Weavenetwork开发,用于连接、监视、可视化和监控Kubernetes。通过Weave,可以创建网络,更快的部署防火墙,并通过自动化的故障排除,提高网络运维效率。

用GRE/VXLAN的OpenVSwitch

OpenVSwitch用于跨节点建立网络。隧道类型可以是VxLAN或GRE(通用的路由封装)。GRE用于在IP网络上进行数据帧的隧道化。在VXLAN的一帧数据中,包括了原来的2层数据包头,被封装的一个IP包头,一个UDP包头和一个VXLAN包头。VXLAN更适用于要进行大规模网络隔离的大型数据中心。值得注意的是,OpenVSwitch也是Xen默认的网络方案,同样也适用于像KVM,VIrtualBox,Proxmox VE或OpenStack等平台。

Calico

从Kubernetes 1.0开始, Calico为Kubernetes pod提供了三层网络。Calico提供了简单的,可扩展的,安全的虚拟网络。它用边界网关协议(BGP)为每个Pod提供根分布,并可使用IT基础设施集成Kubernetes集群。Calico可以几乎与所有的云平台兼容,在Kubernetes环境下,具有高可扩展性。除了Kubernetes,Calico 还支持OpenStack,Mesos和Docker。

总结

尽管容器的发展极大的改变了敏捷和持续交付的环境,但容器网络技术仍然在发展。在充满活力的社区中,有些基于SDN技术的项目很快的将走向成熟,如Neutron和NSX。目前来讲,Kubernetes提供了更广泛的网络模型并且似乎已成为容器编排方案的标准。

原文链接:Networking in Kubernetes(翻译:范浩)

原文发布时间为:2017-09-18

本文作者:fanhao2009

本文来自云栖社区合作伙伴Dockerone.io,了解相关信息可以关注Dockerone.io。

原文标题:Kubernetes网络概述

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