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标题: 【K8S系列】深入解析k8s网络插件—Calico [打印本页]

作者: 道家人 时间: 2024-6-11 08:37
标题: 【K8S系列】深入解析k8s网络插件—Calico

序言

做一件事并不难，难的是在于坚持。坚持一下也不难，难的是贯彻始终。
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Kubernetes (k8s) 是一个容器编排平台，允许在容器中运行应用步伐和服务。今天学习一下k8s网络插件-Calico相关知识
希望这篇文章能让你不仅有一定的收获，而且可以愉快的学习，如果有什么建议，都可以留言和我交换
专栏介绍

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Kubernetes是一个分布式系统，可以或许管理和编排容器化应用步伐。其中，监控是一个非常紧张的方面，可以帮助用户了解集群的康健状态、性能和可用性。
  在本文中，将详细介绍Kubernetes网络插件中的Calico插件。

  1 基础介绍

在Kubernetes中，网络插件也称为容器网络接口（Container Network Interface，CNI）插件，用于实现容器之间的通讯和网络连接。以下是一些常见的Kubernetes网络插件：

Flannel：Flannel是一个流行的CNI插件，它利用捏造网络覆盖技术（overlay network）来连接不同节点上的容器。Flannel支持多种后端驱动，如VXLAN、UDP、Host-GW等。
Calico：Calico是一个开源的网络和安全办理方案，它利用BGP协议来实现容器之间的路由。Calico支持灵活的网络策略和安全规则，可用于大规模摆设。
Weave Net：Weave Net是一个轻量级的CNI插件，通过创建捏造网络装备和网络署理来连接不同节点上的容器。Weave Net支持overlay模式和直连模式，具有灵活性。
Cilium：Cilium是面向Kubernetes的高性能网络和安全办理方案，利用eBPF（Extended Berkeley Packet Filter）技术来提供快速的容器间通讯和网络策略实施。
Canal：Canal是一个综合性的CNI插件，联合了Calico和Flannel的功能。它可以利用Flannel提供overlay网络，同时利用Calico的网络策略和安全性功能。
Antrea：Antrea是一个基于Open vSwitch的CNI插件，专为Kubernetes网络和安全性而设计。它提供了高性能的网络连接和网络策略功能。
kube-router：kube-router是一个开源的CNI插件，它联合了网络和服务署理功能。它支持BGP和IPIP协议，并具有负载均衡的特性。

这些是Kubernetes网络插件中的一些常见选项，每个插件都有其特定的优势和适用场景。选择符合的网络插件取决于你的需求、网络拓扑和性能要求等因素。
  同时，Kubernetes社区也在不断发展和推出新的网络插件，以满意不断变化的需求。
  2  Calico

Calico是一个强大的开源容器网络和网络安全办理方案，广泛应用于Kubernetes集群和其他容器编排平台。
  它通过利用BGP（Border Gateway Protocol）协议和Linux网络命名空间来实现高性能的容器间通讯和网络策略控制。
  2.1 实现功能

以下是Calico插件的一些实现的功能简单介绍：

容器网络通讯：Calico通过在每个节点上创建一个专用的Linux网络命名空间来实现容器网络通讯。容器内的数据包起首被发送到节点的Calico网络命名空间，然后根据网络路由规则转发到目标容器地点的网络命名空间。这种直接的网络转发方式保证了容器之间的高性能通讯。
BGP路由协议：Calico利用BGP协议来实现容器间的路由。每个节点上的Calico署理将容器网络信息注册到BGP路由表中，然后通过BGP协议将这些路由信息流传给其他节点。如许，每个节点都知道如何到达其他节点上的容器。
网络策略：Calico提供了强大的网络策略功能，允许你界说细粒度的访问控制规则。你可以基于标签选择器来界说哪些容器可以与哪些容器通讯，以及允许或拒绝的数据包活动。这为你提供了对容器间通讯的全面控制本领。
网络隔离：通过利用Linux内核中的网络隔离技术（例如namespace和iptables），Calico可以实现容器级别的网络隔离。
安全性：Calico支持基于网络策略的安全组功能，它可以实现容器间的隔离和安全通讯。通过设置网络策略规则，你可以确保只有经过授权的容器之间才能相互通讯，从而掩护你的应用和数据。
IPv6支持：Calico完全支持IPv6，允许你在Kubernetes集群中利用IPv6地址。
高可用性：Calico的设计支持高可用性和容错性。每个节点上的Calico署理和BGP路由守护历程具有自我修复本领，可以或许自动检测并规复故障。
跨云和跨数据中央：Calico支持在不同云平台和数据中央之间扩展和跨地区利用，为你提供跨云的容器网络办理方案。
IP池管理：Calico通过IP池管理功能，可以为每个节点动态分配IP地址，从而实现更好的IP资源利用率和管理。
流量日志：Calico支持流量日志，可以记载网络流量的泉源、目的地、协议和端口等信息，从而帮助用户更好地监控和调试网络流量。

2.2 实现原理

Calico 插件的实现原理涉及多个关键组件和技术，让我们一步一步了解其背后的实现机制：

BGP路由协议：Calico 利用 BGP（Border Gateway Protocol）协议来实现容器网络的路由。在 Calico 网络中，每个节点上都运行着一个 Calico 署理（Felix），它会将节点上的容器网络信息注册到 BGP 路由表中，并通过 BGP 协议将这些路由信息流传给其他节点。
IP池和子网划分：在 Calico 网络中，每个节点都有一个唯一的 IP 池。当容器启动时，Calico 会从节点的 IP 池中为容器分配一个独立的 IP 地址。如许，每个容器都有一个唯一的 IP 地址，使容器可以直接通过 IP 地址举行通讯。
容器网络命名空间：Calico 利用 Linux 网络命名空间来实现容器网络隔离。每个节点上的容器都位于自己的网络命名空间中，如许可以保证容器之间的网络隔离。
路由规则：Calico 利用路由规则来决定容器之间的通讯路径。在每个节点上，Calico 署分析根据 BGP 路由表中的路由信息，为容器生成适当的路由规则，从而实现容器间的高性能通讯。
网络策略：Calico 支持网络策略，允许用户界说细粒度的访问控制规则。网络策略可以基于标签选择器来界说哪些容器可以与哪些容器通讯，从而实现容器间的隔离和安全通讯。
路由表和路由选择：每个节点上的 Calico 署理维护着一张路由表，用于决定如何转发数据包。当一个容器需要与另一个容器通讯时，Calico 署分析根据路由表中的路由选择适当的路径，将数据包转发到目标容器地点的网络命名空间。

Calico 插件通过利用 BGP 路由协议和 Linux 网络命名空间来实现容器网络隔离和高性能通讯。
  每个节点上的 Calico 署分析维护路由表和 IP 池，根据 BGP 路由信息和网络策略规则，为容器生成适当的路由规则和访问控制规则，实现容器间的通讯和安全隔离。
  这使得 Calico 成为一个功能强大、可扩展且高性能的容器网络办理方案。
  2.3 优缺点

Calico插件是一种用于Kubernetes网络的开源网络插件，它基于BGP协议和Linux内核技术构建了一个高性能、高可扩展性和安全性的容器网络。
  Calico插件的优缺点如下：
  优点：

高性能：Calico插件利用BGP协议作为底层网络协议，可以实现高性能的容器网络，可以或许满意高流量和低延长的应用场景。
高可扩展性：Calico插件利用BGP协议动态学习和发布容器的路由信息，可以实现高可扩展性的容器网络，可以或许支持大规模容器集群。
安全性：Calico插件支持Kubernetes网络策略，可以通过标签选择器和规则界说来限定容器之间的流量，从而实现更好的网络安全性。
简单易用：Calico插件的安装和配置相对简单，可以利用简单的下令行工具完成。
开源免费：Calico插件是开源免费的，可以节省一定的成本。

缺点：

复杂度高：Calico插件的底层技术比较复杂，需要一定的技术程度才能利用和维护。
资源占用高：Calico插件利用Linux内核技术实现容器网络隔离，需要占用一定的系统资源。
配置需要留意：Calico插件的配置需要留意一些细节，例如BGP ASN和IP地址的配置，需要保证每个节点的配置精确。
不支持Windows节点：目前，Calico插件不支持Windows节点，只能在Linux节点上利用。

总的来说，Calico插件是一种功能强大的容器网络插件，适用于高性能、高可扩展性和安全性的应用场景。在实际应用中，需要根据详细需求评估其优缺点，选择符合的网络插件。
2.4 利用场景

Calico插件适用于大规模容器集群的高性能、高可扩展性和安全性的应用场景，特别是在需要对容器流量举行管理和掩护的场景中，例如：

大规模容器集群：Calico插件利用BGP协议实现动态路由，可以支持大规模容器集群，具有较高的可扩展性。
高性能应用：Calico插件利用Linux内核技术实现容器网络隔离，可以实现高性能的容器网络，适用于高流量和低延长的应用场景。
多租户应用：Calico插件支持Kubernetes网络策略，可以通过标签选择器和规则界说来限定容器之间的流量，从而实现更好的网络安全性，适用于多租户应用场景。
高安全性应用：Calico插件支持网络隔离和流量日志等高级网络特性，可以帮助用户更好地管理和掩护Kubernetes集群中的网络流量，适用于对安全性要求较高的应用场景。

Calico插件适用于需要高性能、高可扩展性和安全性的容器网络应用场景，是一个功能强大的Kubernetes网络插件。
  在实际应用中，需要根据详细的业务场景和需求来选择符合的网络插件。
  2.5 配置&安装

在Kubernetes集群上安装和配置Calico插件，可以按照以下步骤举行操纵：
  2.5.1 安装etcd和Kubernetes网络插件

安装etcd和Kubernetes网络插件：Calico插件需要利用etcd和Kubernetes网络插件作为底层支持，因此需要先安装它们。可以利用Kubeadm、Kubespray或其他工具举行安装。
  2.5.2 下载Calico YAML文件

下载Calico YAML文件：从Calico官方网站下载最新的Calico YAML文件，例如：https://docs.projectcalico.org/v3.20/manifests/calico.yaml ↗。
  2.5.3 摆设Calico插件

：利用kubectl下令将下载的Calico YAML文件摆设到Kubernetes集群中，例如：kubectl apply -f calico.yaml。
   2.5.4 配置BGP路由

在Calico插件中利用BGP路由协议，需要配置每个节点的BGP ASN和IP地址。可以在Calico YAML文件中添加以下内容：

- name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
value: "192.168.0.0/16"
- name: IP_AUTODETECTION_METHOD
value: "can-reach=192.168.0.1"
- name: CALICO_NETWORKING_BACKEND
value: "bird"
- name: CALICO_AS_NUMBER
value: "64512"
- name: NODE_BGP_IPV4_ADDR
value: "10.0.0.1"

复制代码

其中，

CALICO_IPV4POOL_CIDR是Calico插件利用的IP地址池
IP_AUTODETECTION_METHOD是自动检测节点IP地址的方，
CALICO_NETWORKING_BACKEND是利用的网络后端，
CALICO_AS_NUMBER是BGP ASN，
NODE_BGP_IPV4_ADDR是节点的BGP IP地址。

2.5.6 配置网络策略

Calico插件支持Kubernetes网络策略，可以利用标签选择器和规则界说来限定容器之间的流量。可以在Calico YAML文件中添加以下内容：

- name: FELIX_DEFAULTENDPOINTTOHOSTACTION
value: "DROP"

复制代码

其中，FELIX_DEFAULTENDPOINTTOHOSTACTION是默认的网络策略，可以将其设置为DROP、ACCEPT或REJECT。

应用配置：利用kubectl下令将修改后的Calico YAML文件应用到Kubernetes集群中，例如：kubectl apply -f calico.yaml。
验证配置：利用kubectl下令验证Calico插件是否已经乐成安装和配置，例如：kubectl get pods --all-namespaces。

通过以上步骤，就可以在Kubernetes集群中乐成安装和配置Calico插件，实现高性能、高可扩展性和安全性的容器网络。
  当然，在实际应用中，还需要根据实际需求举行更加详细和精细的配置。
  3 拓展

什么是BGP协议

BGP（Border Gateway Protocol）协议是在互联网路由中利用的一种协议，它重要用于在不同的自治系统（AS）之间互换路由信息，以实现互联网的超过和互通。
在互联网中，由于网络规模庞大、网络拓扑复杂，需要利用一种可以或许有效处理网络路径选择和路由决策的协议。
  BGP协议就是如许一种协议，它通过在不同的自治系统之间互换路由信息，并通过计算和选择最佳路径，实现了互联网的超过和互通。
BGP协议的重要功能包罗：路由选择、路由策略、路由过滤和路由汇聚等。
BGP协议通过建立BGP对等体之间的TCP连接，互换路由信息和网络策略，以确定最佳的网络路径。
  BGP协议不仅思量到路径长度，还思量到了路径上的AS数、AS的属性和AS的策略等因素。
在大规模的容器集群中，BGP协议可以作为容器网络的底层协议，帮助实现高性能、高可扩展性和安全性的容器网络。
  通过BGP协议，容器节点之间可以动态学习和发布容器的路由信息，实现容器之间的互通和流量管理。


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