7个步骤，教你搞懂 K8S 网络之 Flannel 工作原理
一、Docker 网络模式
在讨论 Kubernetes 网络之前，让我们先来看一下 Docker 网络。Docker 采用插件化的网络模式，默认提供 bridge、host、none、overlay、maclan 和 Network plugins 这几种网络模式，运行容器时可以通过–network 参数设置具体使用那一种模式。
bridge：这是Docker默认的网络驱动，此模式会为每一个容器分配Network Namespace和设置IP等，并将容器连接到一个虚拟网桥上。如果未指定网络驱动，这默认使用此驱动。
host：此网络驱动直接使用宿主机的网络。
none：此驱动不构造网络环境。采用了none 网络驱动，那么就只能使用loopback网络设备，容器只能使用127.0.0.1的本机网络。
overlay：此网络驱动可以使多个Docker daemons连接在一起，并能够使用swarm服务之间进行通讯。也可以使用overlay网络进行swarm服务和容器之间、容器之间进行通讯，
macvlan：此网络允许为容器指定一个MAC地址，允许容器作为网络中的物理设备，这样Docker daemon就可以通过MAC地址进行访问的路由。对于希望直接连接网络网络的遗留应用，这种网络驱动有时可能是最好的选择。
Network plugins：可以安装和使用第三方的网络插件。可以在Docker Store或第三方供应商处获取这些插件。
1.1 bridge网络的构建过程
1）安装Docker时，创建一个名为 docke0 的虚拟网桥，虚拟网桥使用“10.0.0.0 -10.255.255.255 “、”172.16.0.0-172.31.255.255″和“192.168.0.0——192.168.255.255”这三个私有网络的地址范围。
通过 ifconfig 命令可以查看 docker0 网桥的信息：
通过 docker network inspect bridge 可以查看网桥的子网网络范围和网关：
2）运行容器时，在宿主机上创建虚拟网卡 veth pair 设备，veth pair 设备是成对出现的，从而组成一个数据通道，数据从一个设备进入，就会从另一个设备出来。
1.2 外部访问
$ docker run -P {images}$ docker run -p {hostPort}:{containerPort} {images}二、Kubernetes 网络模式
Kubernetes与Docker网络有些不同。Kubernetes网络需要解决下面的4个问题：
集群内：
容器与容器之间的通信
Pod和Pod之间的通信
Pod和服务之间的通信
集群外：
外部应用与服务之间的通信
2.1 同一个 Pod 中容器之间的通信
2.2 不同 Pod 中容器之间的通信
对于此场景，情况现对比较复杂一些，这就需要解决 Pod 间的通信问题。在Kubernetes 通过 flannel、calic 等网络插件解决 Pod 间的通信问题。本文以 flannel 为例说明在 Kubernetes 中网络模型，flannel 是 kubernetes 默认提供网络插件。Flannel 是由 CoreOS 团队开发社交的网络工具，CoreOS 团队采用 L3 Overlay 模式设计 flannel， 规定宿主机下各个Pod属于同一个子网，不同宿主机下的Pod属于不同的子网。
flannel会在每一个宿主机上运行名为flanneld代理，其负责为宿主机预先分配一个子网，并为Pod分配IP地址。Flannel使用Kubernetes或etcd来存储网络配置、分配的子网和主机公共IP等信息。数据包则通过VXLAN、UDP或host-gw这些类型的后端机制进行转发。
2.3 Flannel 在 K8S 中运行的整体过程
$ etcdctl ls /coreos.com/network/config2）设置 Node 节点上的子网
基于在 etcd 中设置的网络，flannel 为每一个 Node 分配 IP 子网。
获取子网列表
$ etcdctl ls /coreos.com/network/subnets获取子网信息
$ etcdctl ls /coreos.com/network/subnets/{IP网段}3）在每个 Node 上启动 flanneld
$ cat /var/run/flannel/subnet.env
4）创建虚拟网卡
在Node节点上，会创建一个名为flannel.1的虚拟网卡。
$ ip addr show flannel.1
5）创建Docker网桥
并为容器配置名为docker0的网桥，实际是通过修改Docker的启动参数–bip来实现的。通过这种方式，为每个节点的Docker0网桥设置在整个集群范围内唯一的网段，从保证创建出来的Pod的IP地址是唯一。
$ ip addr show docker0
6）修改路由表
flannel会对路由表进行修改，从而能够实现容器跨主机的通信。
$ route -n
2.4 数据传递过程
在源容器宿主机中的数据传递过程：
1）源容器向目标容器发送数据，数据首先发送给 docker0 网桥
在源容器内容查看路由信息：
$ kubectl exec -it -p {Podid} -c {ContainerId} -- ip route2）docker0 网桥接受到数据后，将其转交给 flannel.1 虚拟网卡处理
docker0 收到数据包后，docker0的内核栈处理程序会读取这个数据包的目标地址，根据目标地址将数据包发送给下一个路由节点：
查看源容器所在Node的路由信息：
$ ip route3）flannel.1 接受到数据后，对数据进行封装，并发给宿主机的 eth0
flannel.1收到数据后，flannelid会将数据包封装成二层以太包。
Ethernet Header的信息：
From:{源容器flannel.1虚拟网卡的MAC地址}
To:{目录容器flannel.1虚拟网卡的MAC地址}
4）对在flannel路由节点封装后的数据，进行再封装后，转发给目标容器 Node 的 eth0
From: {源容器 Node 节点网卡的 MAC 地址} To: {目录容器 Node 节点网卡的 MAC 地址}
IP Header的信息：
From:{源容器Node节点网卡的IP地址}
To:{目录容器Node节点网卡的IP地址}
通过此次封装，就可以通过物理网络发送数据包。
在目标容器宿主机中的数据传递过程：
5）目标容器宿主机的eth0接收到数据后，对数据包进行拆封，并转发给flannel.1虚拟网卡；
6）flannel.1 虚拟网卡接受到数据，将数据发送给docker0网桥；
7）最后，数据到达目标容器，完成容器之间的数据通信。
来源：本文转自公众号 K8S技术栈（k8sstack）
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