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揭开 Kubernetes 网络模型的神秘面纱
在容器编排的璀璨星空中，Kubernetes 无疑是最为耀眼的那颗星，已然成为容器编排领域的事实标准和云原生领域的关键项目 ，众多企业纷纷采用 Kubernetes 来管理容器化应用程序。当容器化应用程序规模不断扩大，容器间的通信、网络隔离以及外部访问等问题变得愈发重要，Kubernetes 网络模型及访问管理就成为解决这些问题的核心关键 。接下来，让我们一同深入探索 Kubernetes 网络模型与访问管理的奥秘。
Kubernetes 网络模型深度剖析
（一）模型基本概念
Kubernetes 网络模型基于容器网络接口（CNI）规范，该规范定义了容器网络的标准接口 。在 Kubernetes 中，每个 Pod 都拥有一个唯一的 IP 地址，就如同每个独立的服务器一样，这一特性使得 Pod 之间可以直接通过 IP 进行通信 ，无需进行 NAT 转换，极大地简化了网络配置和管理，为容器化应用的网络通信提供了基础。
（二）网络通信场景
Pod 内容器通信：同一 Pod 内的容器共享网络命名空间，这意味着它们可以通过localhost进行高效通信，就像运行在同一台物理机上的进程一样。这种设计不仅简化了容器间的通信方式，还提高了通信效率，减少了网络开销。例如，一个 Web 应用容器和一个日志收集容器处于同一个 Pod 中，Web 应用容器产生的日志可以直接通过localhost传递给日志收集容器进行处理 。
同 Node 不同 Pod 通信：在同一 Node 上的不同 Pod 之间通信，主要通过网桥（如 cni0 网桥）和虚拟以太网接口（veth pair）的映射来实现。每个 Pod 都有一对 veth 设备，其中一个位于 Pod 的网络命名空间内，另一个位于 Node 的网络命名空间中，并连接到网桥上 。这样，不同 Pod 之间的网络数据包可以通过网桥进行转发，实现通信。例如，Node 上的 Pod A 和 Pod B，它们的 veth 设备通过网桥相互连接，当 Pod A 向 Pod B 发送数据包时，数据包会通过网桥转发到 Pod B 的 veth 设备，进而到达 Pod B。
不同 Node 间 Pod 通信：不同 Node 上的 Pod 通信相对复杂，需要借助网络插件来实现 。网络插件会在不同 Node 之间建立网络隧道或者配置路由规则，使得 Pod 之间可以跨越 Node 进行通信。例如，使用 Flannel 网络插件时，它会为每个 Node 分配一个子网，并通过 VXLAN 隧道技术将不同 Node 上的子网连接起来，实现 Pod 之间的通信 。
（三）常见网络实现方案
Kubernetes 生态系统中，有多种第三方网络插件来实现网络模型，以下是几种常见的网络方案：
Flannel：这是一种轻量级的网络插件，它通过为每个节点分配一个子网，利用 VXLAN（Virtual Extensible LAN）技术创建覆盖网络，实现不同节点上的 Pod 之间的通信。Flannel 的优点是部署简单、易于使用，适合对网络性能要求不是特别高的场景 。
Calico：Calico 基于 BGP（Border Gateway Protocol）协议，为每个容器分配一个 IP 地址，直接在三层网络上进行路由，无需 NAT 和隧道，提供了高性能和灵活的网络策略功能 。它可以实现细粒度的网络访问控制，适用于对网络安全和性能要求较高的生产环境。
Weave Net：Weave Net 通过创建一个虚拟的覆盖网络，实现容器之间的加密通信和服务发现。它具有自动配置、易于扩展的特点，并且支持多集群部署，适用于复杂的分布式系统 。