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UDP 模式的特点、优缺点

优点

• 高兼容性：通过用户态 UDP 封装，无需内核支持 VXLAN 或其他高级网络功能，适用于旧版 Linux 内核或非标准环境。
• 部署灵活：无需特殊内核模块或硬件支持，易于在异构环境中部署。
• 简单实现：UDP 模式逻辑简单，适合快速测试或临时环境。

缺点

• 性能差：用户态处理封装/解封装导致高 CPU 开销和延迟，不适合高吞吐量场景。
• 高开销：封装增加约 28 字节头部（UDP 头 + IP 头），带宽开销约 5-15%。
• 不推荐生产：性能和效率远低于 VXLAN 或 host-gw，官方文档明确建议仅用于调试或兼容性场景。
• 缺乏隔离：不像 VXLAN 提供 VNI 隔离，难以实现多租户网络分割。

跨节点通信的具体实现

UDP 模式通过用户态进程（flanneld）以 UDP 协议封装数据包，实现跨节点容器通信。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。
• UDP 设备：每个节点运行一个虚拟 TUN 设备（如 flannel0），由 flanneld 进程处理数据包的 UDP 封装和解封装。

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：

1. 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）。

2. 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）。
   • 路由规则将数据包转发到虚拟 TUN 设备 flannel0。

3. UDP 封装：

   • flannel0 设备将数据包交给用户态的 flanneld 进程处理。
   • flanneld 对数据包进行 UDP 封装：
     • 内层数据包：原始数据包（源 IP: 10.244.1.2，目标 IP: 10.244.2.3）。
     • 外层数据包：
       • 添加 UDP 头部（默认端口 8472）。
       • 添加外层 IP 头部：源 IP 为节点 1 的物理 IP（如 192.168.1.10），目标 IP 为节点 2 的物理 IP（如 192.168.1.11）。
     • 总封装开销约 28 字节（UDP 头 8 字节 + 外层 IP 头 20 字节）。
   • 封装后的数据包通过节点 1 的物理网卡发送。

4. 网络传输：

   • 封装数据包通过底层物理网络（支持 L3 网络）从节点 1 传输到节点 2。
   • 防火墙需允许 UDP 8472 端口流量。

5. UDP 解封装：

   • 节点 2 的物理网卡接收到 UDP 数据包，内核将其交给监听 8472 端口的 flanneld 进程。
   • flanneld 解封装数据包，剥离外层 UDP 和 IP 头部，提取原始数据包（源 IP: 10.244.1.2，目标 IP: 10.244.2.3）。
   • 解封装后的数据包通过 flannel0 设备送回内核。

6. 转发到目标 Pod：

   • 内核根据目标 IP（10.244.2.3）查询路由表，将数据包转发到节点 2 的 CNI 桥接（如 cni0）。
   • 数据包最终送达 Pod B 的虚拟网卡，完成通信。

3. 关键技术细节

• 用户态处理：
  • 不同于 VXLAN（内核态）或 host-gw（路由表），UDP 模式依赖 flanneld 用户态进程处理封装/解封装，导致性能瓶颈。
  • flanneld 通过 TUN 设备与内核交互，增加上下文切换开销。
• etcd 动态配置：
  • Flannel 通过 etcd 获取节点子网和物理 IP 的映射，动态更新封装目标地址。
• MTU 调整：
  • 封装增加 28 字节，需降低容器网络 MTU（默认 1472 字节，物理网络 MTU 通常 1500 字节），避免分片。
• 性能瓶颈：
  • 用户态处理导致高 CPU 开销，尤其在高并发场景下。
  • 带宽开销约 5-15%，视数据包大小和流量模式而定。

4. 通信示意图

Pod A (10.244.1.2) -> cni0 (节点 1) -> flannel0 -> flanneld (UDP 封装) -> 物理网卡 (192.168.1.10 -> 192.168.1.11)
-> 物理网卡 (节点 2) -> flanneld (UDP 解封装) -> flannel0 -> cni0 -> Pod B (10.244.2.3)

总结

• UDP 模式的优势在于高兼容性，适合旧内核或测试环境，但性能差、高 CPU 开销使其不适合生产。
• 跨节点通信通过用户态 flanneld 进程以 UDP 协议封装数据包，依赖 etcd 动态管理节点映射，通信效率低于 VXLAN（内核态）和 host-gw（无封装）。