深入理解 Flannel：工作原理、模式选择与实际应用

深入理解 Flannel：工作原理、模式选择与实际应用

在 Kubernetes 网络中，Flannel 是一款非常常见的网络插件，解决了容器跨主机通信的问题。Flannel 支持多种模式，其中 VXLAN 和 Host-GW 是最常用的两种。本文将结合工作原理、通信过程及实际应用，带你全面理解 Flannel 的网络模式。

Flannel 简介

Flannel 是一个简单易用的容器网络插件，主要作用是为 Kubernetes 中的 Pod 提供跨主机的网络访问能力。通过 Flannel，集群中每个节点会分配一个固定的子网（如 10.244.1.0/24），Pod 会从该子网中分配 IP，实现 IP 层面的通信。

Flannel 的核心思想是将 Pod 网络与宿主机网络隔离，通过 Overlay 网络 或 路由表 来实现跨主机通信。

VXLAN 模式工作原理：一次跨节点 Pod 通信的过程

VXLAN 模式 是一种基于 Overlay 网络的实现方式，它通过封装数据包来隐藏底层网络的复杂性。以下通过一次跨节点 Pod 通信的完整流程，详细说明 VXLAN 模式的工作原理：

场景设定

• 节点 A 的物理 IP：192.168.1.10，运行 Pod pod-A，Pod IP：10.244.1.2。
• 节点 B 的物理 IP：192.168.1.20，运行 Pod pod-B，Pod IP：10.244.2.3。

通信过程

1. Pod 发起通信
   pod-A 向 pod-B 的 IP 地址 10.244.2.3 发送数据，数据包会先到达节点 A 的 cni0 网桥。
2. Flannel 查找目标节点
   Flannel 根据目标 IP 10.244.2.3，查询到其所在的节点 B 的物理地址 192.168.1.20。
3. 数据封装
   Flannel 使用 VXLAN 协议（基于 UDP）将原始数据包封装，增加 VXLAN 标头，并通过底层网络发送至节点 B。
4. 节点 B 解封装数据包
   节点 B 的 Flannel 解封装数据包，还原成原始数据包。
5. 目标 Pod 接收数据
   解封装后的数据包通过 cni0 网桥，转发到目标 Pod pod-B。

配置 VXLAN 模式

VXLAN 是 Flannel 的默认模式，以下是显式配置的方法：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-system
data:
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "vxlan"
      }
    }

应用该配置：

kubectl apply -f kube-flannel-cfg.yml

Host-GW 模式工作原理：一次跨节点 Pod 通信的过程

Host-GW 模式 基于路由表实现，不需要数据封装，性能更高，但依赖底层网络的路由能力。

通信过程

以下是 pod-A 与 pod-B 的通信过程：

1. Pod 发起通信
   数据包从 pod-A 发出，进入节点 A 的 cni0 网桥。
2. 路由查找
   节点 A 的内核路由表中，Flannel 组件已将节点 B 的子网 10.244.2.0/24 指向节点 B 的物理 IP 192.168.1.20。
3. 直接转发数据包
   数据包直接通过底层物理网络，发送到节点 B。
4. 节点 B 路由到目标 Pod
   节点 B 的路由表将数据包转发到其 cni0 网桥，最终传递给目标 Pod pod-B。

配置 Host-GW 模式

若底层网络支持直接路由，可切换到 Host-GW 模式：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-system
data:
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "host-gw"
      }
    }

应用并重启 Flannel：

kubectl delete daemonset kube-flannel-ds -n kube-system
kubectl apply -f kube-flannel.yml

两种模式的适用场景

• VXLAN 模式
  适用于复杂的网络环境，比如节点跨子网或跨机房的场景。
• Host-GW 模式
  适用于节点位于同一二层网络，且对网络性能要求较高的场景。

总结

通过一次跨节点通信的具体过程，我们可以清晰地理解 VXLAN 和 Host-GW 模式的工作机制：

• VXLAN 模式 通过封装数据包，隐藏了底层网络的复杂性，是默认选择。
• Host-GW 模式 则依赖底层路由能力，性能更高，但网络配置要求更严格。

选择哪种模式，需要根据你的集群网络结构和业务需求来决定。希望这篇文章能帮助你更好地理解 Flannel 的网络模式！