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更新时间：2024-09-26 GMT+08:00
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容器隧道网络模型说明

容器隧道网络模型

容器隧道网络是在主机网络平面的基础上，通过隧道封装技术来构建一个独立的容器网络平面。CCE集群容器隧道网络使用了VXLAN作为隧道封装协议，并使用了Open vSwitch作为后端虚拟交换机。VXLAN是一种将以太网报文封装成UDP报文进行隧道传输的协议，而Open vSwitch是一款开源的虚拟交换机软件，提供网络隔离和数据转发等功能。

容器隧道网络虽然会有少量隧道封装性能损耗，但具有通用性强、互通性强、高级特性支持全面（例如NetworkPolicy网络隔离）等优势，适用于大多数性能要求不高的场景。
图1 容器隧道网络

在容器隧道模型的集群中，节点内Pod间通信和跨节点Pod间通信路径不同：

  • 节点内Pod间通信：同节点的Pod间通信通过本节点的OVS网桥直接转发。
  • 跨节点Pod间通信：所有跨节点Pod间的通信通过OVS隧道网桥进行封装后，通过主机网卡转发到另一个节点上的Pod。

优缺点

优点

  • 容器网络和节点网络解耦，不受VPC配额规格、响应速度的限制（如VPC路由条目数、弹性网卡数、创建速度限制）。
  • 支持网络隔离，具体请参见配置网络策略（NetworkPolicy）限制Pod访问的对象。
  • 支持带宽限制。
  • 支持大规模组网，最大可支持2000节点规模。

缺点

  • 由于隧道封装，网络问题排查难度较大，整体性能较低。
  • Pod无法直接利用EIP、安全组等能力。
  • 不支持外部网络与容器IP直接进行网络通信。

应用场景

  • 对性能要求不高：由于需要额外的VXLAN隧道封装，相对于另外两种容器网络模式，性能存在一定的损耗（约5%-15%）。所以容器隧道网络适用于对性能要求不是特别高的业务场景，比如：Web应用、访问量不大的数据中台、后台服务等。
  • 大规模组网：相比VPC路由网络受限于VPC路由条目配额的限制，容器隧道网络没有网络基础设施的任何限制；同时容器隧道网络把广播域控制到了节点级别，容器隧道网络最大可支持2000节点规模。

容器IP地址管理

容器隧道网络按如下规则分配容器IP：

  • 容器网段独立于节点网段进行单独设置。
  • 按节点维度划分地址段，集群的所有节点从容器网段中分配一个或多个固定大小（默认16）的IP网段。
  • 当节点上的IP地址使用完后，可再次申请分配一个新的IP网段。
  • 容器网段依次循环分配IP网段给新增节点或存量节点。
  • 调度到节点上的Pod依次循环从分配给节点的一个或多个IP网段内分配IP地址。
图2 容器隧道网络IP地址分配

按如上IP分配，容器隧道网络的集群最多能创建节点数量 = 容器网段IP数量 ÷ 节点从容器网段中一次分配的IP网段大小（默认为16）

比如容器网段为172.16.0.0/16，则IP数量为65536，节点分配容器网段掩码为28，也就是每次分配16个容器IP，则最多可创建节点数量为65536/16=4096。这是一种极端情况，如果创建4096个节点，则每个节点最多只能创建16个Pod，因为给每个节点只分配了16个IP的网段。另外集群能创建多少节点，还受节点子网的可用IP数和集群规模的影响。

图3 网络模型选择（创建集群时配置）

网段规划建议

在集群网络构成中介绍集群中网络地址可分为集群网络、容器网络、服务网络三块，在规划网络地址时需要从如下方面考虑：

  • 三个网段不能重叠，否则会导致冲突。且集群所在VPC下所有子网（包括扩展网段子网）不能和容器网段、服务网段冲突。
  • 保证每个网段有足够的IP地址可用。
    • 集群网段的IP地址要与集群规模相匹配，否则会因为IP地址不足导致无法创建节点。
    • 容器网段的IP地址要与业务规模相匹配，否则会因为IP地址不足导致无法创建Pod。每个节点上可以创建多少Pod还与其他参数设置相关，具体请参见节点可创建的最大Pod数量说明。

容器隧道网络访问示例

在容器隧道网络集群中创建工作负载的访问示例如下。

  1. 使用kubectl命令行工具连接集群，详情请参见通过kubectl连接集群。
  2. 在集群中创建一个Deployment。

    创建deployment.yaml文件，文件内容示例如下：

    kind: Deployment
apiVersion: apps/v1
metadata:
  name: example
  namespace: default
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: example
  template:
    metadata:
      labels:
        app: example
    spec:
      containers:
        - name: container-0
          image: 'nginx:perl'
          resources:
            limits:
              cpu: 250m
              memory: 512Mi
            requests:
              cpu: 250m
              memory: 512Mi
      imagePullSecrets:
        - name: default-secret

    创建该工作负载：

    kubectl apply -f deployment.yaml

  3. 查看已运行的Pod。 

    kubectl get pod -owide

    回显如下：

    NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP          NODE           NOMINATED NODE   READINESS GATES
example-5bdc5699b7-5rvq4   1/1     Running   0          3m28s   10.0.0.20   192.168.0.42   <none>           <none>
example-5bdc5699b7-984j9   1/1     Running   0          3m28s   10.0.0.21   192.168.0.42   <none>           <none>
example-5bdc5699b7-lfxkm   1/1     Running   0          3m28s   10.0.0.22   192.168.0.42   <none>           <none>
example-5bdc5699b7-wjcmg   1/1     Running   0          3m28s   10.0.0.52   192.168.0.64   <none>           <none>

  4. 如果使用同一VPC内的云服务器从集群外直接访问Pod的IP，会发现无法访问。

    而在集群内部节点或Pod内，可以使用Pod IP正常访问Pod。例如以下示例中，进入到容器中直接访问Pod IP，其中example-5bdc5699b7-5rvq4为Pod名称，10.0.0.21为Pod IP。 
    kubectl exec -it example-5bdc5699b7-5rvq4 -- curl 10.0.0.21

    回显如下，说明可正常访问工作负载应用：

    <!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

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