本文主要是介绍k8s CNI Calico 网络模式总结【建议收藏】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
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calico架构图
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IPIP模式下的架构图
calico 核心组件
Overlay
网络模式：
Vxlan
IPIP
IpCrossubnet
Pod IP对外暴露
不对外暴露：
实现对外暴露的方法：
overlay模式下的网络MTU
Iptables & ipvs
Full-mesh
overlay的主要缺点：
Unoverlay
Reflect route （Full-mesh + RR）
TOR （禁用Full-mesh）
Underlay
BGP
Vlan
MacVlan
calico架构图
下图显示了 Kubernetes、具有网络和网络策略的本地部署所需和可选的 Calico 组件。
IPIP模式下的架构图
calico 核心组件
| 组件名称 | 功能 |
|---|---|
| Felix |
|
| BIRD | 从 Felix 获取路由并分发给网络上的 BGP 对等体，以实现主机间路由。在托管 Felix 代理的每个节点上运行 |
| Confd | 监视 Calico 数据存储中 BGP 配置和全局默认值（例如 AS 编号、日志记录级别和 IPAM 信息）的更改。 |
| Typha | 通过减少每个节点对数据存储的影响来增加规模。作为数据存储和 Felix 实例之间的守护进程运行。
备注： etcd v3 已经针对处理许多客户端进行了优化，因此使用它是多余的，不建议使用。操作员安装始终安装 Typha。 |
Overlay
网络模式：
Vxlan
- VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟扩展局域网），是由 IETF 定义的 NVO3（Network Virtualization over Layer 3）标准技术之一，采用 L2 over L4（MAC-in-UDP）的报文封装模式，将二层报文用三层协议进行封装，可实现二层网络在三层范围内进行扩展，同时满足数据中心大二层虚拟迁移和多租户的需求
IPIP
- 基于 TUN 设备实现 IPIP 隧道，TUN 网络设备能将三层（IP 网络数据包）数据包封装在另外一个三层数据包之中，Linux 原生支持好几种不同的 IPIP 隧道类型，但都依赖于 TUN 网络设备
-
ipip: 普通的 IPIP 隧道，就是在报文的基础上再封装成一个 IPv4 报文
-
gre: 通用路由封装（Generic Routing Encapsulation），定义了在任意网络层协议上封装其他网络层协议的机制，所以对于 IPv4 和 IPv6 都适用
-
sit: sit 模式主要用于 IPv4 报文封装 IPv6 报文，即 IPv6 over IPv4
-
isatap: 站内自动隧道寻址协议（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol），类似于 sit 也是用于 IPv6 的隧道封装
-
vti: 即虚拟隧道接口（Virtual Tunnel Interface），是一种 IPsec 隧道技术
-
本文中我们使用的是 ipip 这种普通的 IPIP 隧道
IpCrossubnet
总结：在一些小型网络或简单网络拓扑中，IPIP 可能具有更好的性能和简单性；而在大规模网络或需要多租户支持和网络隔离的环境中，VXLAN 则可能更适合。
Pod IP对外暴露
优点：
- 避免出站连接的 SNAT 对于集成现有的更广泛的安全要求可能至关重要。它还可以简化调试和操作日志的理解。
- 如果您有专门的工作负载，这意味着需要直接访问某些 pod，而无需通过 Kubernetes 服务或 Kubernetes 入口，那么可路由 pod IP 在操作上可能比使用主机联网 pod 的替代方案更简单。
缺点：
- 缺点是 Pod IP 在更广泛的网络中必须是唯一的。例如，如果运行多个集群，您将需要为每个集群中的 Pod 使用不同的 IP 地址范围 (CIDR)。
- 当大规模运行时，或者企业对 IP 地址空间存在其他重大需求时，这反过来可能会导致 IP 地址范围耗尽的挑战。
不对外暴露：
优点：
- Kubernetes 将使用一种称为 SNAT（源网络地址转换）的技术来更改源 IP地址从 Pod 的 IP 地址到托管 Pod 的节点的 IP 地址。连接上的任何返回数据包都会自动映射回 pod IP 地址。因此，Pod 不知道 SNAT 正在发生，连接的目的地将该节点视为连接的源，而底层更广泛的网络永远不会看到 Pod IP 地址。安全
- 只能通过 Kubernetes 服务或 Kubernetes 入口来完成。集群外部的任何内容都无法直接连接到 Pod IP 地址，因为更广泛的网络不知道如何将数据包路由到 Pod IP 地址
实现对外暴露的方法：
- 利用BGP网络协议，使用TOR模式（Top-of-Rack）。允许 Calico 与物理网络对等以交换路由。从而形成一个非覆盖网络。 需要进行企业网络配置
- CNI插件云服务商提供
overlay模式下的网络MTU
IP in IP 使用 20 字节标头，IPv4 VXLAN 使用 50 字节标头，IPv6 VXLAN 使用 70 字节标头，IPv4 WireGuard 使用60 字节标头，IPv6 WireGuard 使用 80 字节标头
Iptables & ipvs
如果您要扩展超过 1,000 个服务，则值得考虑使用 kube-proxy IPVS 模式潜在的性能改进。Comparing kube-proxy modes: iptables or IPVS?
Full-mesh
全网格非常适合 100 个或更少节点的中小型部署，但在规模明显更大时，全网格的效率会降低，我们建议使用路由反射器。
overlay的主要缺点：
- 对性能有轻微影响。封装数据包的过程需要占用少量 CPU，并且数据包中需要额外的字节来对封装进行编码（VXLAN 或 IP-in-IP header），从而减少了可发送的内部数据包的最大大小，从而可以减少内部数据包的大小。意味着需要为相同数量的总数据发送更多数据包。
- Pod IP 地址在集群外部不可路由
Unoverlay
Reflect route （Full-mesh + RR）
默认 Calico 工作在 node-mesh 模式，所有节点互相连接， node-mesh 模式在小规模部署时工作是没有问题的，当大规模部署时，连接数会非常大，消耗过多资源，利用 BGP RR ，可以避免这种情况的发生，通过一个或者多个 BGP RR 来完成集中式的路由分发，减少对网络资源的消耗以及提高 Calico 工作效率、稳定性
备注：需要添加一台新机器，或者是将要设置RR的机器流量摘除，否则会影响之前建立的BGP连接大约2秒的中断时间
TOR （禁用Full-mesh）
备注： IBGP & EBGP 结合使用，集群大于100个节点以后使用TOR模式可以带来很好的性能
Underlay
由交换机和路由器等设备组成，借助以太网协议、路由协议和 VLAN 协议等驱动的网络。
BGP
- 边界网关协议BGP（Border Gateway Protocol）是一种实现自治系统AS（Autonomous System）之间的路由可达，并选择最佳路由的距离矢量路由协议
Vlan
- VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接通信，从而将广播报文限制在一个VLAN内
MacVlan
- Macvlan 一块网卡虚拟多个网卡，每个网卡都有独立的mac地址。共享广播域
- macvlan 模式将容器的网络接口直接映射到宿主机上的物理网络接口，容器使用宿主机的 MAC 地址进行通信，可以像物理设备一样在网络中被识别和访问。
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