k8s之网络插件flannel及基于Calico的网络策略

1.k8s网络通信

a.容器间通信:同一个pod内的多个容器间的通信,通过lo即可实现;

b.pod之间的通信:pod ip <---> pod ip,pod和pod之间不经过任何转换即可通信;

c.pod和service通信:pod ip <----> cluster ip(即service ip)<---->pod ip,它们通过iptables或ipvs实现通信,ipvs取代不了iptables,因为ipvs只能做负载均衡,而做不了nat转换;

d.Service与集群外部客户端的通信.

kubectl get configmap -n kube-system
kubectl get configmap kube-proxy  -o yaml  -n kube-system
看到mode是空的,把它改为ipvs就可以
k8s靠CNI接口接入其他插件来实现网络通讯.目前比较流行的插件有flannet、callco、canel.

这些插件使用的解决方案有如下方式:

a.虚拟网桥:虚拟网卡,多个容器共用一个虚拟网卡进行通信;

b.多路复用:MacVLAN,多个容器共用一个物理网卡进行通信;

c.硬件交换:SR-LOV,一个物理网卡可以虚拟出多个接口,这个性能最好.

CNI插件存放位置
cat /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
flanel只支持网络通讯,但是不支持网络策略;
callco网络通讯和网络策略都支持;canel:flanel+callco
可以部署flanel提供网络通讯,再部署一个callco只提供网络策略,而不用canel. 
mtu:是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小.

通过ifconfig可以看到flannel.1的地址是10.244.1.0,子网掩码是255.255.255.255,mtu是1450,正常mtu是1500,mtu要留出一部分做封装叠加,额外开销使用.

两个节点上的pod可以借助flannel隧道进行通信,默认使用VxLAN协议,有额外开销,所以性能有点低;

flannel第二种协议叫host-gw(host gateway),即Node节点把自己的网络接口当做pod的网关使用,从而使不同节点上的node进行通信,性能比VxLAN高,因为它没有额外开销,不过有个缺点,就是各node节点必须在同一个网段中;

如果两个pod所在节点在同一个网段中,可以让VxLAN也支持host-gw的功能,即直接通过物理网卡的网关路由转发,而不用隧道flannel叠加,从而提高了VxLAN的性能,这种flannel的功能叫directrouting,如果不在同一网段,则使用VxLAN叠加隧道.

network:flannel使用CIDR格式的网络地址,用于为pod配置网络功能.

kubectl get configmap -n kube-system kube-flannel-cfg -o json -n kube-system
1)10.244.0.0/16--->
master: 10.244.0.0./24
node01: 10.244.1.0/24
....
node255: 10.244.255.0/24
可以支持256个节点

2)SubnetLen:把network切分为子网供各节点使用时,使用多长的掩码进行切分,默认为24位;

3)SubnetMin:指明子网中的地址段最小多少可以分给子网使用,比如可以限制10.244.10.0/24,这样0~9就不让用;

4)SubnetMax:表示最多使用多少个,比如10.244.100.0/24;

5)Backend:Vxlan,host-gw,udp(最慢)

kubectl edit configmap kube-flannel-cfg -n kube-system

{
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "vxlan",
        "Directrouting": true # 加一行这个
      }
}
# 不要通过这种方式修改配置,应该在第一次安装flannel时就加上这一行,否则就需要卸载掉已安装的flannel,
修改下载好的配置文件,重新apply,才能实现同网段通过物理网卡实现网络通信.
route -n
10.244.1.0      10.244.1.0      255.255.255.0   UG    0      0        0 flannel.1
10.244.2.0      10.244.2.0      255.255.255.0   UG    0      0        0 flannel.1
# 没改之前,同一网段的不同节点通信是靠叠加网络,改完生效之后,这两个节点通信就是host-gw-用网卡通信
route -n
10.244.1.0      10.0.0.20       255.255.255.0   UG    0      0        0 eth0
10.244.2.0      10.0.0.30       255.255.255.0   UG    0      0        0 eth0

2.Calico演示

安装文档:https://docs.projectcalico.org/v3.1/getting-started/kubernetes/installation/flannel

# 和k8s使用同一套API数据存储
kubectl apply -f 
https://docs.projectcalico.org/v3.1/getting-started/kubernetes/installation/hosted/canal/rbac.yaml
kubectl apply -f 
https://docs.projectcalico.org/v3.1/getting-started/kubernetes/installation/hosted/canal/canal.yaml

Egress:出站,表示pod自己是客户端,访问别人;

Ingress:入站,表示Pod自己是目标,别人来访问自己;通常,客户端的端口是随机的,服务端的端口是固定的;

Network Policy:用来控制哪些pod和外部或内部进行通信;

podSelector:pod选择器; policyTypes:用来控制Ingres和Egres哪个生效.

创建两个名称空间,一个是测试,一个是生产

kubectl create namespace dev
kubectl create namespace prod
mkdir networkpolicy && cd networkpolicy/
cat ingress-def.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: deny-all-ingress
spec:
  podSelector: {}
  policyTypes: 
  - Ingress

# pod选择器设置为空,表示选择所有pod,即控制整个名称空间
# 只写了ingress生效,又把podSelector设置为空,表示拒绝其它名称空间访问,拒绝所有入站请求
# 没有加egress,所以默认egress是允许本名称空间所有pod出站
kubectl apply -f ingress-def.yaml -n dev
# 在dev名称空间创建一个pod
cat pod-a.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod1
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: ikubernetes/myapp:v1
kubectl apply -f pod-a.yaml -n dev
# 拒绝任何入站请求
curl 10.244.2.2
# 将ingress设置为空,表示允许所有入站访问
cat ingress-def.yaml 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: deny-all-ingress
spec:
  podSelector: {}
  ingress:
  - {}
  policyTypes:
  - Ingress

# 给dev名称空间里面的pod1打个标签app=myapp 
cat allow-netpol-demo.yaml 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-myapp-ingress
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: myapp
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 10.244.0.0/16
        except:
        - 10.244.1.2/32 
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

# cidr:指定网段,允许从10.244.0.0/16网段访问指定标签的pod
# except:排除某些地址
kubectl apply -f allow-netpol-demo.yaml -n dev
kubectl get netpol -n dev

egress出站规则

cat egress-def.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: deny-all-egress
spec:
  podSelector:
  policyTypes:
  - Egress
kubectl apply -f egress-def.yaml -n prod
# ping其他名称空间的容器没反应,是因为网络策略deny-all-egress起了作用
kubectl exec pod1 -it  -n prod -- /bin/sh
# 允许所有egress出站
cat egress-def.yaml 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: deny-all-egress
spec:
  podSelector: {}
  egress:
  - {}
  policyTypes:
  - Egress

参考博客:http://blog.itpub.net/28916011/viewspace-2215295/

参考博客:http://blog.itpub.net/28916011/viewspace-2215383/