flannel怎样覆盖网络

本文目录导读：

1. 核心原理（以 VXLAN 为例）
2. Flannel 的其他覆盖模式

Flannel 是一个专为 Kubernetes 设计的简单易用的容器网络解决方案（CNI 插件），它的核心功能是为集群中的所有 Pod 分配一个唯一的、可路由的 IP 地址，并建立覆盖网络（Overlay Network），使得不同节点上的 Pod 可以像在同一个局域网内一样直接通信。

Flannel 实现覆盖网络主要有两种核心模式：VXLAN（最常用，默认）和 host-gw（高性能，但有限制）。

核心原理（以 VXLAN 为例）

VXLAN 是 Flannel 最常用的模式，它通过在现有物理网络（Underlay Network）之上，构建一个虚拟的二层网络。

关键角色：

• etcd：Flannel 的后端存储，它存储了整个集群的网络配置（如 Pod 网段）和每个节点的子网分配信息。
• flanneld：部署在每个节点上的守护进程，它负责从 etcd 获取本节点的子网信息，并管理 VXLAN 隧道。

具体工作流程：

假设有两个节点：

• Node A：IP 为 192.168.1.10，其上的 Pod A 的 IP 为 10.5.1.2。
• Node B：IP 为 192.168.1.20，其上的 Pod B 的 IP 为 10.5.2.3。

当 Pod A（10.5.1.2）尝试 Ping Pod B（10.5.2.3）时，发生了以下步骤：

1. Pod A 发送数据包：

   • 数据包的目的 IP 是 Pod B 的 IP（10.5.2.3）。
   • 源 IP 是 Pod A 的 IP（10.5.1.2）。

2. 到达 Node A 的 Root Namespace：

   • 数据包通过 Pod 的 veth 对到达宿主机的 Docker/Containerd 网桥（通常是 cni0 或 docker0）。
   • 宿主机内核查找路由表,由于目标 IP 10.5.2.3 属于另一个节点（Node B）的子网，路由表会指向 flannel.1 这个虚拟网卡（VXLAN 隧道的 VTEP 设备）。

3. VXLAN 封装（关键步骤）：

   • flannel.1 接口将内核传过来的原始以太网帧进行 VXLAN 封装，封装过程包括：
     • 添加 VXLAN 头部：包含一个 VNI（VXLAN 网络标识符），用于区分不同的租户或网络，Flannel 默认的 VNI 是 1。
     • 添加 UDP 头部：外层 UDP 的目标端口是 8472（Flannel 默认）。
     • 添加外部 IP 头部：外层包的目标 IP 是目标宿主机的物理 IP（192.168.1.20），源 IP 是源宿主机的物理 IP（192.168.1.10）。
     • 添加外部 MAC 头部：外层包的目标 MAC 地址是到达 Node B 的下一跳 MAC 地址。
   • 简单理解：原本的 Pod 数据包（10.5.1.2 → 10.5.2.3）被“打包”进一个新的 UDP 数据包（192.168.1.10:8472 → 192.168.1.20:8472）中。

4. 在物理网络中传输：

   这个外层 UDP 数据包就像普通流量一样，通过公司的物理交换机、路由器等设备，从 Node A 传输到 Node B。

5. 在 Node B 解封装：

   • Node B 上的 flanneld 进程监听着 UDP 端口 8472。
   • 当收到这个外层 UDP 包时，flanneld 识别出这是 VXLAN 流量。
   • 它剥离掉外层的 IP/UDP/VXLAN 头部，还原出原始的 Pod 数据包（10.5.1.2 → 10.5.2.3）。

6. 交付给 Pod B：

   • 还原后的数据包被插入到 Node B 的内核网络栈中。
   • Node B 的路由表显示目标 IP（10.5.2.3）是本节点上某个 Pod 的 IP。
   • 数据包通过本地的网桥（cni0）和 veth 对，最终到达 Pod B 的 eth0 网卡。

整个过程对 Pod 是完全透明的，Pod A 认为自己在直接 Ping Pod B 的 IP，但实际上数据包在宿主内核中经历了“封装 → 物理传输 → 解封装 → 最终交付”的旅程。

Flannel 的其他覆盖模式

除了 VXLAN，Flannel 还支持其他模式，性能和适用场景不同：

• Flannel 本质上是一个“L2 over L3”的隧道方案。
• 默认使用 VXLAN，在内核态完成数据包的封装和解封装，通过在宿主机物理 IP 之上构建 UDP 隧道，让 Pod 的虚拟 IP 能够跨节点通信。
• 其核心架构依赖 etcd 来存储配置和分配子网。
• 简单、稳定、易部署是 Flannel 的最大优势，虽然性能不是最强，但其工作可靠性和广泛兼容性使其成为很多 Kubernetes 集群的首选网络方案之一。

如果你想直观理解 VXLAN 模式的数据包结构变化：

[Pod 数据包]
| MAC头 | IP头 (10.5.1.2 -> 10.5.2.3) | 负载 |
    ↓ 在宿主机 flannel.1 上，被外层包裹
[物理网络传输包]
| 外层MAC头 | 外层IP头 (192.168.1.10 -> 192.168.1.20) | UDP头 (src:随机, dst:8472) | VXLAN头 (VNI=1) | 原始Pod数据包 |

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