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更新时间：2024-07-17 GMT+08:00
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VPC网络模型说明

VPC网络模型

VPC网络模型将虚拟私有云VPC的路由方式与底层网络深度整合，适用于高性能场景，但节点数量受限于虚拟私有云VPC的路由配额。在VPC网络模型中，容器网段独立于节点网段进行单独设置。在容器IP地址分配时，集群中的每个节点会被分配固定大小的容器IP地址段，用于给该节点上运行的容器分配容器IP。由于VPC网络模型没有隧道封装的消耗，容器网络性能相对于容器隧道网络有一定优势。此外，使用VPC网络模型的集群时，由于VPC路由表中自动配置了容器网段与VPC网段之间的路由，可以支持同一VPC内的云服务器从集群外直接访问容器实例等特殊场景。
图1 VPC网络

在VPC网络模型的集群中，不同形式的网络通信路径不同：

  • 节点内Pod间通信：IPVlan子接口分配给节点上的Pod，因此同节点的Pod间通信可以直接通过IPVlan进行转发。
  • 跨节点Pod间通信：所有跨节点Pod间的通信均根据VPC路由表中的路由先访问到默认网关，然后借助VPC的路由转发能力，将访问流量转发到另一个节点上的Pod。
  • Pod访问公网：集群内的容器在访问公网时，系统会将容器IP通过NAT转换成节点IP，使Pod以节点IP的形式与外部进行通信。

    VPC网络集群中默认将10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16这三个VPC私有网段视为集群私有网段。如果集群所在VPC使用了扩展网段，创建、重置节点等操作也会将扩展网段添加到集群私有网段中。

    在Pod中发起访问请求时，如果Pod访问的目的地址在集群私有网段范围内，则节点不会将Pod IP进行网络地址转换，可以借由上层VPC直接将报文送达至目的地址，即直接使用Pod IP与集群私有网络地址进行通信。

    当VPC网络集群版本为v1.23.14-r0、v1.25.9-r0、v1.27.6-r0、v1.28.4-r0及以上时，CCE提供nonMasqueradeCIDRs参数设置集群私有网段，以满足不同的使用场景，详情请参见在VPC网络集群中访问集群外地址时使用Pod IP作为客户端源IP。

优缺点

优点

  • 由于没有隧道封装，网络问题易排查、性能较高。
  • 在同一个VPC内，由于VPC路由表中自动配置了容器网段与VPC网段之间的路由，同VPC内的资源可以与集群内部的容器直接进行网络通信。

    同理，如果该VPC和其他VPC或数据中心网络环境连通，且在VPC路由表中添加容器网段的路由，在网段不冲突的情况下，其他VPC或数据中心所属的资源也可以与集群内部的容器直接进行网络通信。

缺点

  • 节点数量受限于虚拟私有云VPC的路由配额。
  • 每个节点将会被分配固定大小的IP地址段，存在一定的容器网段IP地址浪费。
  • Pod无法直接利用EIP、安全组等能力。

应用场景

  • 性能要求较高：由于没有额外的隧道封装，相比于容器隧道网络模式，VPC网络模型集群的容器网络性能接近于VPC网络性能，所以适用于对性能要求较高的业务场景，比如：AI计算、大数据计算等。
  • 中小规模组网：由于VPC路由网络受限于VPC路由表条目配额的限制，建议集群规模为1000节点及以下。

容器IP地址管理

VPC网络模型根据如下规则分配容器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固定大小（用户自己配置）的IP网段。
  • 容器网段依次循环分配IP网段给新增节点。
  • 调度到节点上的Pod依次循环从分配给节点的IP网段内分配IP地址。
图2 VPC网络IP地址管理

按如上IP分配，VPC网络的集群最多能创建节点数量 = 容器网段IP数量 ÷ 节点从容器网段中分配IP网段的IP数量

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25，也就是每个节点容器IP数量为128，则最多可创建节点数量为65536/128=512。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，详情请参见网段规划建议。

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。

例如集群规模为200节点，容器网络模型为VPC网络。

则此时选择子网的可用IP数量需要超过200，否则会因为IP地址不足导致无法创建节点。

容器网段为172.16.0.0/16，可用IP数量为65536，如容器IP地址管理中所述，VPC网络IP分配是分配固定大小的网段（使用掩码实现，确定每个节点最多分配多少容器IP），例如上限为128，则此时集群最多支撑65536/128=512个节点。

图3 容器网段配置（创建集群时配置）

VPC网络访问示例

本示例中，创建一个VPC网络的集群，且集群中包含一个Node节点。

在VPC控制台中，找到集群所在VPC，查看该VPC的路由表。

在路由表中存在一条由CCE自动添加的自定义路由，该路由的目的地址为分配给该节点的容器网段，下一跳指向对应的节点。示例中集群容器网段为172.16.0.0/16，每个节点容器IP数量为128，则分配给该节点的容器网段为172.16.0.0/25，该网段包含128个容器IP。
图4 路由

当访问容器IP时，VPC路由就会将指向目的地址的流量转发到下一跳的节点，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'
      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-86b9779494-l8qrw   1/1     Running   0          14s   172.16.0.6   192.168.0.99   <none>           <none>
example-86b9779494-svs8t   1/1     Running   0          14s   172.16.0.7   192.168.0.99   <none>           <none>
example-86b9779494-x8kl5   1/1     Running   0          14s   172.16.0.5   192.168.0.99   <none>           <none>
example-86b9779494-zt627   1/1     Running   0          14s   172.16.0.8   192.168.0.99   <none>           <none>

  4. 您可以使用同一VPC内的云服务器从集群外直接访问Pod的IP。而在集群内部节点或Pod内，也可以使用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-86b9779494-l8qrw为Pod名称，172.16.0.7为Pod IP。 

    kubectl exec -it example-86b9779494-l8qrw -- curl 172.16.0.7

    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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