kubernetes中 flannel网络组件

Flannel

软件包地址：https://github.com/coreos/flannel

Flannel是CoreOS开源的CNI网络插件，下图flannel官网提供的一个数据包经过封包、传输以及拆包的示意图，从这个图片里面里面可以看出两台机器的docker0分别处于不同的段：10.1.20.1/24 和 10.1.15.1/24 ，如果从Web App Frontend1 pod（10.1.15.2）去连接另一台主机上的Backend Service2 pod（10.1.20.3），网络包从宿主机192.168.0.100发往192.168.0.200，内层容器的数据包被封装到宿主机的UDP里面，并且在外层包装了宿主机的IP和mac地址。这就是一个经典的overlay网络，因为容器的IP是一个内部IP，无法从跨宿主机通信，所以容器的网络互通，需要承载到宿主机的网络之上。

flannel的支持多种网络模式，常用用都是vxlan、UDP、hostgw、ipip以及gce和阿里云等，vxlan和UDP的区别是vxlan是内核封包，而UDP是flanneld用户态程序封包，所以UDP的方式性能会稍差；hostgw模式是一种主机网关模式，容器到另外一个主机上容器的网关设置成所在主机的网卡地址，这个和calico非常相似，只不过calico是通过BGP声明，而hostgw是通过中心的etcd分发，所以hostgw是直连模式，不需要通过overlay封包和拆包，性能比较高，但hostgw模式最大的缺点是必须是在一个二层网络中，毕竟下一跳的路由需要在邻居表中，否则无法通行。

当容器10.1.15.2/24要和容器10.1.20.3/24通信时：

1.因为该封包的目的地不在本主机subnet内，因此封包会首先通过网桥转发到主机中。

2.在主机上经过路由匹配，进入网卡flannel.1。(需要注意的是flannel.1是一个tun设备，它是一种工作在三层的虚拟网络设备，而flanneld是一个proxy，它会监听flannel.1并转发流量。)

3.当封包进入flannel.1时，flanneld就可以从flanne.1中将封包读出，由于flanne.1是三层设备，所以读出的封包仅仅包含IP层的报头及其负载。

4.最后flanneld会将获取的封包作为负载数据，通过udp socket发往目的主机。

5.在目的主机的flanneld会监听Public IP所在的设备，从中读取udp封包的负载，并将其放入flannel.1设备内。

6.容器网络封包到达目的主机，之后就可以通过网桥转发到目的容器了。

优点：Pod能够跨网段访问

缺点：隔离性不够，udp不能隔离两个网段。

Flannel，可能是最直接和最受欢迎的CNI插件。它是容器编排系统中最成熟的网络结构示例之一，旨在实现更好的容器间和主机间网络。随着CNI概念的兴起，Flannel CNI插件算是早期的入门。

与其他方案相比，Flannel相对容易安装和配置。它被打包为单个二进制文件flanneld，许多常见的Kubernetes集群部署工具和许多Kubernetes发行版都可以默认安装Flannel。Flannel可以使用Kubernetes集群的现有etcd集群来使用API存储其状态信息，因此不需要专用的数据存储。

Flannel配置第3层IPv4 overlay网络。它会创建一个大型内部网络，跨越集群中每个节点。在此overlay网络中，每个节点都有一个子网，用于在内部分配IP地址。在配置pod时，每个节点上的Docker桥接口都会为每个新容器分配一个地址。同一主机中的Pod可以使用Docker桥接进行通信，而不同主机上的pod会使用flanneld将其流量封装在UDP数据包中，以便路由到适当的目标。

Flannel有几种不同类型的后端可用于封装和路由。默认和推荐的方法是使用VXLAN，因为VXLAN性能更良好并且需要的手动干预更少。

总的来说，Flannel是大多数用户的不错选择。从管理角度来看，它提供了一个简单的网络模型，用户只需要一些基础知识，就可以设置适合大多数用例的环境。一般来说，在初期使用Flannel是一个稳妥安全的选择，直到你开始需要一些它无法提供的东西。

不同node上的pod的通信流程：

1. pod中产生数据，根据pod的路由信息，将数据发送到Cni0
2. Cni0 根据节点的路由表，将数据发送到隧道设备flannel.1
3. Flannel.1查看数据包的目的ip，从flanneld获得对端隧道设备的必要信息（在etcd中调取路由表状态信息），封装数据包。
4. Flannel.1将数据包发送到对端设备。对端节点的网卡接收到数据包，发现数据包为overlay数据包，解开外层封装，并发送内层封装到flannel.1设备。
5. Flannel.1设备查看数据包，根据路由表匹配，将数据发送给Cni0设备。
6. Cni0匹配路由表，发送数据给网桥上对应的端口。