kubernetes中网络模型的示例分析

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Kubernetes从Docker默认的网络模型中独立出来形成一套自己的网络模型。模型的基础原则是：每个Pod都拥有一个独立的IP地址，而且假定所有Pod都在一个可以直接连通的，扁平的网络空间中。同一个Pod内的容器可以通过localhost来连接对方的端口。

Docker网络模型

Docker使用Linux桥接，在宿主机上虚拟一个Docker网桥（docker0）,Docker启动一个容器时会根据Docker网桥的网段分配容器的IP，同时Docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一个宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能通过容器的IP直接通信。

1. 网络命名空间

为了支持网络协议栈的多个实例，Linux在网络栈中引入了网络命名空间。这些独立的协议栈被隔离到不同的命名空间中。处于不同命名空间的网络栈是完全隔离的。网络命名空间内可以有自己独立的路由表及独立的Iptables/Netfilter设置来提供包转发,NAT及IP包过滤等功能。

2. Veth

引入Veth设备对是为了在不同的网络命名空间之间进行通信，利用它可以直接将两个网络命名空间连接起来。

3. Iptables/Netfilter

Netfilter是Linux操作系统核心层内部的一个数据包处理模块. Iptables是应用层的，其实质是一个定义规则的配置工具，而核心的数据包拦截和转发是Netfiler。

Netfilter作用于网络层，数据包通过网络层会经过Netfilter的五个挂载点（Hook POINT）：PRE_ROUTING、INPUT、OUTPUT、FORWARD、POST_ROUTING 任何一个数据包，只要经过本机，必将经过这五个挂载点的其中一个。

iptables的规则组成，又被称为四表五链：

四张表：filter表(用于过滤)、nat表(用于地址转换)、mangle表(修改数据包)、raw表(一般是为了不再让iptables做数据包的链接跟踪处理，跳过其他表，提高性能)

五个挂载点：PRE_ROUTING、INPUT、OUTPUT、FORWARD、POST_ROUTING

具体来说，就是iptables每一条允许/拒绝或转发等规则必须选择一个挂载点，关联一张表。

查看系统中已有的规则的方法如下：

iptables-save : 按照命令的方式打印Iptables的内容。

Iptables-vnL : 以另一种格式显示Netfilter表的内容。

4.  网桥

网桥是一个二层网络设备，可以解析收发的报文，读取目标MAC地址的信息，和自己记录的MAC表结合来决策报文的转发端口。

5. 路由

路由功能由IP层维护的一张路由表来实现。当主机收到数据报文时，它用此表来决策下来应该做什么操作，当从网络侧接收到数据报文时，IP层首先会检查报文的IP地址是否与主机自身的地址相同。如果不同，并且主机配置了路由功能，那么报文将被转发，否则，报文将被放弃。

查看LOCAL表的内容:

ip route show table local type local

路由表查看:

Ip route list

6. 网关

网关(Gateway)就是一个网络连接到另一个网络的“关口”.按照不同的分类标准，网关也有很多种。TCP/IP协议里的网关是最常用的.

网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机(或集线器)上，TCP/IP协议也会根据子网掩码(255.255.255.0)判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。

Docker网桥是宿主机虚拟出来的，并不是真实存在的网络设备，外部网络是无法寻址到的，这也意味着外部网络无法直接访问到容器。如果容器希望能够被外部网络访问到，就需要通过映射容器端口到宿主机。 Docker  run  -p ****:****

实际上，端口映射通过在iptables的NAT表中添加相应的规则，所以我们将端口映射的方式成为NAT方式。

三：Kubernetes网络模型

1. 容器间通信

Pod是容器的集合，Pod包含的容器都运行在同一个宿主机上，这些容器将拥有同样的网络空间，容器之间能够互相通信，它们能够在本地访问其它容器的端口。

2. Pod间通信

Kubernetes网络模型是一个扁平化的网络平面，在这个网络平面内，Pod作为一个网络单元同Kubernetes Node的网络处于同一层级。

同一个Kubernetes Node上的Pod/容器原生能通信，但是Kubernetes Node之间的Pod/容器之间的通信，需要对Docker进行增强。在容器集群中创建一个覆盖网络，联通各个节点。

3. Service到Pod的通信

Service 在Pod之间起到服务代理的作用，对外表现为一个单一访问接口，将请求转发给Pod,Service的网络转发是Kubernetes实现服务编排的关键一环。

IP

是10.254.248.68，端口80/TCP对应的Endpoints包含10.1.46.2：80，10.1.77.2：80；即当请求10.254.248.68：80时，会转发到这些后端之一。

Kubernetes Proxy通过创建Iptables规则，直接重定向访问Service虚拟IP的请求到Endpoints.而当Endpoints发生变化的时候，Kubernetes Proxy会刷新相关的Iptables规则。在Iptables模式下，Kubernetes Proxy只是负责监控Service和Endpoints,更新Iptables规则，报文的转发依赖于Linux内核，默认的负载均衡策略是随机方式。

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