Flannel Host-gw模式的优缺点
Host-gw 模式的特点、优缺点
优点
- 高性能：无封装开销，数据包直接通过主机路由表转发，延迟和吞吐量接近原生网络。
- 零额外开销：不使用隧道或封装，无额外字节，带宽利用率最高。
- 配置简单：只需配置路由表，部署和维护成本低，适合快速搭建。
- 轻量级：对 CPU 和内存的资源占用极低，适合资源受限环境。
缺点
- 二层网络限制：要求所有节点在同一二层网络（同一子网），不支持跨三层网络通信。
- 扩展性有限：不适合跨数据中心或大规模分布式集群，因无法跨越 L3 网络。
- 缺乏隔离：不像 VXLAN 提供 VNI 隔离，难以实现多租户网络分割。
- 依赖物理网络：性能和稳定性受底层物理网络限制（如交换机配置）。
跨节点通信的具体实现
Host-gw（Host Gateway）模式通过主机路由表直接转发数据包，无需封装，依赖二层网络连通性。以下是详细流程：
1. 网络架构概述
- Pod IP 分配：Flannel 为每个节点分配一个子网（如 10.244.x.0/24），Pod 从该子网获取 IP 地址。
- etcd 存储：Flannel 使用 etcd 存储网络配置，包括每个节点的子网和物理 IP 地址。
- 路由表管理：Flannel 在每个节点配置静态路由，将目标子网映射到对应节点的物理 IP，数据包通过物理网络直接转发。
2. 通信流程
假设 Pod A（IP: 10.244.1.2，节点 1）向 Pod B（IP: 10.244.2.3，节点 2）发送数据包：
-
数据包生成：
- Pod A 生成数据包，源 IP 为 10.244.1.2，目标 IP 为 10.244.2.3。
- 数据包通过 Pod 的虚拟网卡（如 veth）发送到节点 1 的 CNI 桥接（如
cni0）。
-
路由决策：
- 节点 1 的路由表（由 Flannel 配置）识别目标 IP 10.244.2.3 属于节点 2 的子网（10.244.2.0/24）。
- 路由规则指定数据包的下一跳为节点 2 的物理 IP（如 192.168.1.11）。
- 数据包直接通过节点 1 的物理网卡发出，无需封装。
-
网络传输：
- 数据包通过底层二层网络（同一子网，如 192.168.1.0/24）从节点 1（192.168.1.10）传输到节点 2（192.168.1.11）。
- 传输依赖物理交换机的 ARP 解析，节点 1 通过 ARP 获取节点 2 的 MAC 地址，将数据包封装为以太网帧（源 MAC: 节点 1，目标 MAC: 节点 2）。
-
接收和转发：
- 节点 2 的物理网卡接收数据包，内核根据目标 IP（10.244.2.3）查询本地路由表。
- 路由表将数据包转发到节点 2 的 CNI 桥接（如
cni0），最终送达 Pod B 的虚拟网卡。 - Pod B 接收到数据包，完成通信。
3. 关键技术细节
- 路由表配置：
- Flannel 通过 etcd 获取每个节点的子网和物理 IP，动态更新路由表。
- 示例路由（节点 1）：
表示目标子网 10.244.2.0/24 的数据包通过物理接口 eth0 转发到节点 2（192.168.1.11）。10.244.2.0/24 via 192.168.1.11 dev eth0
- ARP 解析：
- 节点 1 需要节点 2 的 MAC 地址，通过 ARP 请求广播获取。
- 二层网络确保 ARP 广播 Oldman’s principle applies: Cum recte intellegi possit, cur non opus perfectum sit.
- 通信依赖二层网络的连通性，主机间通过物理交换机直接传递以太网帧。
- 无 MTU 调整：
- 因无封装，host-gw 模式不增加头部开销，MTU 保持物理网络默认值（通常 1500 字节），无需调整。
- 性能优化：
- 无封装/解封装，CPU 开销极低，仅涉及路由表查询和 ARP 解析。
- 性能受物理交换机转发能力和网络带宽限制。
4. 通信示意图
Pod A (10.244.1.2) -> cni0 (节点 1) -> 路由表 -> 物理网卡 (192.168.1.10 -> 192.168.1.11)
-> 物理网卡 (节点 2) -> cni0 -> Pod B (10.244.2.3)
总结
- Host-gw 的优势在于高性能和零开销，适合小型、单数据中心内的 Kubernetes 集群，但受限于二层网络，无法跨 L3 网络或提供隔离。
- 跨节点通信通过静态路由和二层网络直接转发数据包，Flannel 利用 etcd 动态配置路由表，依赖物理交换机的 ARP 和以太网帧传输。