TUN设备的巧用-Flannel UDP模式篇
发布时间：2022-05-25 16:12:11 所属栏目：云计算 来源：互联网
导读：大家好，我是二哥。在文章《特洛伊木马-图解VXLAN容器网络通信方案》里，二哥画了下面这张鸟瞰大图。它把基于Flannel VXLAN模式实现的K8s Overlay网络模型所需要的各类网路设备放在了一起，主要突出的是这些设备之间的数据流向。但那篇文章有些许缺点(凡尔赛
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大家好，我是二哥。在文章《特洛伊木马-图解VXLAN容器网络通信方案》里，二哥画了下面这张鸟瞰大图。它把基于Flannel VXLAN模式实现的K8s Overlay网络模型所需要的各类网路设备放在了一起，主要突出的是这些设备之间的数据流向。但那篇文章有些许缺点(凡尔赛一下)： 配图没有很好地显示这些网络设备和协议栈之间的相对位置关系。 对于容器来说，network namespace是一个非常重要的隔离手段，这张图没有很好地展示出这个重要性。 文章没有交代清楚一个重要的网络包封装节点：根据本机路由，cni0把从Pod a发过来的请求转至flannel.1后，到底发生了什么? 配图是为Flannel VXLAN模式准备的。我们知道为了效率，VXLAN模式下，所有的封装和解封装都是由VXLAN内核模块完成的。因为在内核，看不见摸不着就比较抽象。本来K8s Overlay网络模型就已经挺复杂了，加上这个更加不利于我们学习理解。 新视角 二哥真是一个贴心的人，我特地画了下面这张图。换了一个视角，它突出了几个重要的方面： 每个Pod都有自己的network namespace，因而有属于它自己的routing table + iptables，这在图中 1.1 ~ 1.3 以及 2.9 ~ 2.11 这两条data path上能比较清晰地看得出来。你会看到在每个Node上都出现了若干个routing table + iptables，这很好解释，因为这个Node上有多个network namespace。 为了强调容器本质上也是一个进程，我将每个Pod里面的container特意画到最上面的用户态的位置。 可以在Link Layer这一层看到有若干种网络设备：veth、bridge、eth0、tun。它们都是组成Overlay网络模型不可或缺的关键设备。但无论它们所司何职，都必须要统一位于Link Layer。嗯，找准自己的位置很重要。 这张图是为Flannel UDP模式准备的。通过将图1中的VXLAN内核模块拆解成tun设备和flannel daemon，并将它们挪动到用户态，我们可以非常清晰地看到进行数据封装、解封的确切地点以及数据的流向。虽然因为效率问题，Flannel UDP模式已经不具备工程价值，但对我们学习来说，却是极好的。 Pod a的IP是10.244.0.2，Pod b的IP是10.244.1.3。左图中bridge cni0配有IP地址10.244.0.1，右图中bridge的IP是10.244.1.1。一切都和图1保持一样，只是换了个视角。我们的故事从左图 Pod a中的容器发起请求开始，请求的对象是右图 Pod b。也即src IP是10.244.0.2，dest IP是10.244.1.3。1.x 代表的是在Node 1上面，从容器内产生网络包到它离开网卡的完整流程。而相应地，2.x表示在Node X上，从网卡收到请求到这个请求最终送至Pod b中容器的完整流程。这张图没有画出响应流程，故图中箭头都是单向的。其实把所有的箭头反过来就是响应流程了。此去路途山路十八弯，客官坐好，我要发车了。 发生在Pod里的故事 1.2 这个位置routing table + iptables用来控制Pod内容器的网络路由。对于Pod a的容器而言，10.244.0.1扮演了网关的角色，而10.244.0.1正是图中 cni0 这个bridge。下面是 1.2 处的路由表。 复制 # on container of Pod a $ route -n Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface default 10.244.0.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0 10.244.0.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0 有一个概念再次强调一遍：虽然 1.2 和 1.6 处有两个分属不同network namespace的路由表，但TCP/IP协议栈却只有一份。也即对于协议栈而言，它只是在处理相同数据结构的不同数据实例罢了。 完美转场 当网络包沿着 1.4 流进bridge cni0后，藉由bridge的一个特殊功能，实现了网络包从一个network namespace完美跳转到另一个network namespace的神奇效果。 bridge即为网桥，它的行为类似二层交换机。如果网络包的目的 MAC 地址为网桥本身，并且网桥设置了 IP 地址的话，那么bridge就认为该网络包应该是发往创建该网桥的那台主机。因而这个网络包将不会被bridge转发到任何设备，而是直接交给上层(三层)协议栈去处理。处理的过程会涉及到基于本机路由表的路由查询。1.6 处的路由表开始发挥它的作用。因为目的IP是10.244.1.3，所以网络包需要被送往tun设备flannel.1。 复制 # on host machine Node 1 $ route -n Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface default 17.168.0.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0 10.244.0.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 cni0 10.244.1.0 10.244.1.0 255.255.255.0 UG 0 0 0 flannel.1 17.168.0.3 17.168.0.3 255.255.255.255 UG 0 0 0 eth0 其实在 1.4 ~ 1.5 这里涉及到更多的有趣问题。比如网络包在veth pair之间是如何流转的?网络包在bridge内部是如何处理的?但这并非本文的重点，以后二哥再聊。不过我先把图3 放上来。老铁们在我的文章《看图写话：聊聊veth数据流》见过这张图，我在那篇文章的配图基础上加上了bridge的处理细节，后面有机会二哥会细聊这个地方。 反着来一遍 当Node X收到从Node 1发来的数据后，沿着 2.1 一路兜兜转转，绕绕弯弯来到 2.11 ，Pod b也就收到了Pod a发出的请求。你也看到了，除了箭头方向不同外，图2的左、右两部分几乎完全一样。是的，实际上画图的时候，我就是粘贴、拷贝加批量改箭头方向这样搞的。 右图中 2.6 和 2.10 位置处的路由表和iptables的作用和左图相同，就不再赘述了。虽然路途比较艰辛，但总归是完整到达了，本篇也就到此结束了。 （编辑：上饶站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
