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【K8S系列】深入解析k8s 网络插件—kube-router

2023-10-11 20:54

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序言

做一件事并不难,难的是在于坚持。坚持一下也不难,难的是坚持到底。

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在现代容器化应用程序的世界中,容器编排平台Kubernetes已经成为标准。Kubernetes是一个分布式系统,为了支持复杂的应用和微服务架构,网络是Kubernetes集群中不可或缺的一部分。

能够管理和编排容器化应用程序,其中,监控是一个非常重要的方面,可以帮助用户了解集群的健康状态、性能和可用性。

在本文中,将详细介绍Kubernetes网络插件中的【kube-router】插件。

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,都可以留言和我交流

 专栏介绍

这是这篇文章所在的专栏,欢迎订阅:【深入解析k8s】专栏

简单介绍一下这个专栏要做的事:

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信和网络连接。以下是一些常见的Kubernetes网络插件:

  1. Flannel:Flannel是一个流行的CNI插件,它使用虚拟网络覆盖技术(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。

  2. Calico:Calico是一个开源的网络和安全解决方案,它使用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,可用于大规模部署。

  3. Weave Net:Weave Net是一个轻量级的CNI插件,通过创建虚拟网络设备和网络代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。

  4. Cilium:Cilium是面向Kubernetes的高性能网络和安全解决方案,利用eBPF(Extended Berkeley Packet Filter)技术来提供快速的容器间通信和网络策略实施。

  5. Canal:Canal是一个综合性的CNI插件,结合了Calico和Flannel的功能。它可以使用Flannel提供overlay网络,同时使用Calico的网络策略和安全性功能。

  6. 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。

  7. kube-router:kube-router是一个开源的CNI插件,它结合了网络和服务代理功能。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。选择合适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,以满足不断变化的需求。

2 kube-router 介绍

kube-router是一个开源的Kubernetes网络插件,旨在提供高性能、低延迟的网络服务。它采用了三层路由(Layer 3 Routing)的方式,以实现Kubernetes集群中的网络通信。

2.1 核心概念

kube-router的核心概念包括:

  1. BGP路由器:kube-router使用BGP(Border Gateway Protocol)来实现路由,这意味着它能够动态地适应集群中的节点变化。每个节点都被配置为BGP路由器,它们共享网络信息,确保容器之间的通信能够高效、可靠地进行。

  2. IPVS负载均衡:kube-router使用IPVS(IP Virtual Server)来实现负载均衡,以确保流量在容器之间均匀分配。这提供了高性能和可扩展性,特别适用于大规模Kubernetes集群。

  3. 网络策略:kube-router支持Kubernetes网络策略,允许管理员定义和控制哪些容器可以相互通信。这增强了集群的安全性。

2.2 三层路由

kube-router采用三层路由(Layer 3 Routing)的方式来实现Kubernetes集群中的网络通信。这种方式是与传统的二层(Layer 2)网络模型不同的,具有一些独特的优势和特征。下面详细介绍kube-router的三层路由方式:

  1. IP层路由:kube-router的核心思想是在IP层面上进行路由。在Kubernetes中,每个容器都分配了一个唯一的IP地址,这使得在IP层进行路由变得更加直观和高效。kube-router利用这些IP地址来实现容器之间的通信和流量控制。

  2. BGP(Border Gateway Protocol)路由协议:kube-router使用BGP作为其主要路由协议。BGP是一种广泛用于互联网路由的协议,它具有高度可扩展性和弹性。每个Kubernetes节点都配置为一个BGP路由器,它们通过BGP协议来交换路由信息。这意味着当新的节点加入集群或现有节点离开集群时,路由信息会自动更新,无需手动配置路由表。

  3. 动态路由:由于BGP的特性,kube-router实现了动态路由。这意味着当新的容器创建或删除时,路由表会相应地更新,以反映集群中的实际网络拓扑。这种自动化的路由管理使得Kubernetes集群的维护和扩展变得更加容易,无需手动干预。

  4. 高性能和负载均衡:kube-router利用Linux内核中的IPVS(IP Virtual Server)来实现负载均衡。IPVS是一种高性能的负载均衡技术,能够有效地将流量分发到多个容器之间,从而提供了高吞吐量和低延迟的网络性能。这对于处理大量的容器流量非常重要,特别是在大规模Kubernetes集群中。

  5. 网络策略支持:kube-router还支持Kubernetes网络策略。网络策略允许管理员定义哪些容器可以与哪些其他容器通信,以及如何允许或拒绝流量。这提供了额外的安全性和细粒度的流量控制,以满足不同应用程序的需求。

总之,kube-router的三层路由方式是一种灵活且高性能的方法,用于管理Kubernetes集群的网络通信。

它利用IP层路由、BGP协议、动态路由和负载均衡等技术,为容器提供了可靠的网络连接,并具有良好的扩展性和自动化特性,使得管理和维护Kubernetes网络变得更加容易和可靠。

2.3 优缺点

优点

  1. 高性能:kube-router采用了IPVS和BGP等高性能技术,因此具有出色的网络性能,适用于大规模Kubernetes集群。

  2. 可扩展性:由于使用了BGP路由协议,kube-router在节点的动态扩展和缩减方面表现出色,无需手动配置路由信息。

  3. 网络策略支持:kube-router支持Kubernetes网络策略,允许细粒度的流量控制,提高了安全性。

  4. 开源社区支持:kube-router是一个开源项目,拥有活跃的社区,可以获得及时的技术支持和更新。

缺点

  1. 复杂性:kube-router的配置和部署相对较复杂,需要一定的Kubernetes网络知识。

  2. 维护成本:由于其高度自动化的特性,kube-router需要专业的维护,以确保顺畅运行。

2.4 使用场景

kube-router适用于需要高性能和可扩展性的Kubernetes集群,特别是那些运行大量容器的生产环境。以下是一些适用场景:

  1. 大规模集群:对于大型Kubernetes集群,kube-router的性能和自动化特性非常有用,可以管理大量容器的网络通信。

  2. 多云跨数据中心部署:kube-router支持多云和跨数据中心部署,使得跨多个地理位置的Kubernetes集群之间的通信变得简单。

  3. 安全敏感环境:由于支持Kubernetes网络策略,kube-router适用于需要强化网络安全的环境,可通过网络策略精确控制流量。

3 安装步骤

安装kube-router需要一定的Kubernetes集群知识,以下是简要的安装步骤:

  1. 创建Kubernetes集群

  2. 安装kube-router

  3. 配置BGP路由器

  4. 启用网络策略

  5. 验证安装

步骤 1:创建Kubernetes集群

可以选择不同的方法来创建Kubernetes集群,下面是使用kubeadm的示例:

  1. 安装kubeadm、kubelet和kubectl工具,以及Docker(或其他容器运行时)。

  2. 初始化Kubernetes控制平面节点(Master节点):

sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

 安装网络插件,这里将使用kube-router。但在这一步,只需安装kubeadm和kubelet,并不需要具体的网络插件。

步骤 2:安装kube-router

接下来,您需要将kube-router安装到Kubernetes集群中。通常,您可以使用Helm Chart或YAML清单文件来完成此操作。以下是使用YAML清单文件的示例:

 1 从kube-router的GitHub仓库获取最新的清单文件:

git clone https://github.com/cloudnativelabs/kube-router.gitcd kube-router

2 部署kube-router到集群中:

kubectl apply -f kube-router-all-in-one.yaml

这将会创建kube-router的Pods和相关的Service。

步骤 3:配置BGP路由器

kube-router默认使用BGP路由协议来进行路由管理。需要配置BGP路由器的相关信息,包括AS号等。这些配置信息通常包含在YAML清单文件中,以供kube-router使用。

可以编辑kube-router的ConfigMap,将BGP路由器的配置信息添加到其中。例如,打开ConfigMap文件:

kubectl edit configmap kube-router-config -n kube-system

然后,添加或修改BGP配置信息,如下所示:

apiVersion: v1data:  kubeconfig: |      bgpConfig: |    

步骤 4:启用网络策略(可选)

如果需要启用Kubernetes网络策略,可以创建网络策略对象。以下是一个简单的示例:

apiVersion: networking.k8s.io/v1kind: NetworkPolicymetadata:  name: allow-internal-trafficspec:  podSelector:    matchLabels:      role: internal  ingress:  - from:    - podSelector:        matchLabels:          role: internal

使用kubectl apply将网络策略对象应用到集群中。

步骤 5:验证安装

最后,使用以下命令验证kube-router的安装是否成功,并确保它正常运行:

kubectl get pods -n kube-system

应该能够看到kube-router的Pods处于运行状态。如果一切正常,kube-router现在已经成功地集成到Kubernetes集群中,负责网络路由和通信。

4 拓展

什么是BGP

Border Gateway Protocol(BGP),中文译为边界网关协议,是互联网上广泛使用的一种路由协议。

BGP是一种路径矢量协议,主要用于在不同自治系统(AS,Autonomous System)之间交换路由信息,以决定数据包应该如何跨越互联网传输。以下是关于BGP路由协议的详细介绍:

1. 自治系统(AS)

2. BGP路由器

3. 路由信息交换

4. BGP路径选择

5. BGP属性

6. BGP策略

7. BGP的用途

8. BGP的安全性

总之,BGP是互联网中最重要的路由协议之一,用于实现不同自治系统之间的路由交换和路径选择。

它的复杂性和灵活性使其成为互联网的骨干,并且需要经验丰富的网络管理员来配置和维护。

BGP的稳定性和可靠性对于互联网的正常运行至关重要,因此其安全性也备受关注和改进。

5 结论

kube-router是一个高性能、可扩展的Kubernetes网络插件,适用于大规模和安全敏感的生产环境。

虽然它的配置和部署可能有一定的复杂性,但它提供了出色的性能和自动化特性,可以大大简化Kubernetes集群的网络管理。

在选择网络插件时,考虑集群规模和性能需求,kube-router可能是一个非常好的选择。

来源地址:https://blog.csdn.net/weixin_36755535/article/details/133679208

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