目录
本文参考戳该链接可以看原文，原文作者整理非常好
一、网络前提条件-网络模型
- k8s组网要求
- 所有的Pods之间可以在不使用NAT网络地址转换的情况下相互通信
- 所有的Nodes之间可以在不使用NAT网络地址转换的情况下相互通信
- 每个Pod自己看到的自己的ip和其他Pod看到的一致
- k8s网络模型设计原则
- 每个Pod都拥有一个独立的 IP地址，而且 假定所有 Pod 都在一个可以直接连通的、扁平的网络空间中 。
- 不管它们是否运行在同 一 个 Node (宿主机)中，都要求它们可以直接通过对方的 IP 进行访问。
- 设计这个原则的原因 是，用户不需要额外考虑如何建立 Pod 之间的连接，也不需要考虑将容器端口映射到主机端口等问题。
由于 Kubemetes 的网络模型假设 Pod 之间访问时使用的是对方 Pod 的实际地址，所以一个Pod 内部的应用程序看到的自己的 IP 地址和端口与集群内其他 Pod 看到的一样。它们都是 Pod 实际分配的IP地址 (从dockerO上分配的)。将IP地址和端口在Pod内部和外部都保持一致， 我们可以不使用 NAT 来进行转换，地址空间也自然是平的。
二、需要解决的网络问题
根据以上的一些要求，需要解决的问题
- Docker容器和Docker容器之间的网络
- Pod与Pod之间的网络
- Pod与Service之间的网络
- Internet与Service之间的网络
1.容器和容器之间的网络
pod有多个容器，它们之间怎么通信？
pod中每个docker容器和pod在一个网络命名空间内，所以ip和端口等等网络配置，都和pod一样，主要通过一种机制就是，docker的一种网络模式，container，新创建的Docker容器不会创建自己的网卡，配置自己的 IP，而是和一个指定的容器共享 IP、端口范围等
2.pod与pod之间的网络
pod与pod之间的网络：首先pod自身拥有一个IP地址，不同pod之间直接使用IP地址进行通信即可
同一台node节点上pod和pod通信
疑问：那么不同pod之间，也就是不同网络命名空间之间如何进行通信（现在还是，同一台node节点上）
解决：
简单说veth对就是一个成对的端口，所有从这对端口一端进入的数据包，都将从另一端出来。
为了让多个Pod的网络命名空间链接起来，我们可以让veth对的一端链接到root网络命名空间（宿主机的），另一端链接到Pod的网络命名空间。
嗯，那么继续。
还需要用到一个Linux以太网桥，它是一个虚拟的二层网络设备，目的就是把多个以太网段连接起来，它维护一个转发表，通过查看每个设备mac地址决定转发，还是丢弃数据
- pod1-->pod2（同一台node上），pod1通过自身eth0网卡发送数据，eth0连接着veth0，网桥把veth0和veth1组成了一个以太网，然后数据到达veth0之后，网桥通过转发表，发送给veth1，veth1直接把数据传给pod2的eth0。
不同node节点上pod和pod通信
CIDR的介绍：
CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由选择）它消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。它可以将好几个IP网络结合在一起，使用一种无类别的域际路由选择算法，使它们合并成一条路由从而较少路由表中的路由条目减轻Internet路由器的负担。
看图，接着往下捋。
k8s集群中，每个node节点都会被分配一个CIDR块，（把网络前缀都相同的连续地址组成的地址组称为CIDR地址块）用来给node上的pod分配IP地址，另外还需要把pod的ip和所在nodeip进行关联
- 比如node1上pod1和node2上的pod4进行通信
- 首先pod1上网卡eth0将数据发送给已经管理到root命名空间的veth0上，被虚拟网桥收到，查看自己转发表之后，并没有pod4的mac地址。
- 就会把包转发到默认路由，（root命名空间的eth0上，也就是已经到了node节点的往卡上）通过eth0，发送到网络中。
- 寻址转发后包来到了node2，首先被root命名空间的eth0设备接受，查看目标地址是发往pod4的，交给虚拟网桥路由到veth1，最终传给pod4的eth0上。
3.pod与service之间的网络
pod的ip地址是不持久的，当集群中pod的规模缩减或者pod故障或者node故障重启后，新的pod的ip就可能与之前的不一样的。所以k8s中衍生出来Service来解决这个问题。
Service管理了多个Pods，每个Service有一个虚拟的ip,要访问service管理的Pod上的服务只需要访问你这个虚拟ip就可以了，这个虚拟ip是固定的，当service下的pod规模改变、故障重启、node重启时候，对使用service的用户来说是无感知的，因为他们使用的service的ip没有变。
当数据包到达Service虚拟ip后，数据包会被通过k8s给该servcie自动创建的负载均衡器路由到背后的pod容器。
- 在k8s里，iptables规则是由kube-proxy配置，kube-proxy监视APIserver的更改，因为集群中所有service（iptables）更改都会发送到APIserver上，所以每台kubelet-proxy监视APIserver，当对service或pod虚拟IP进行修改时，kube-proxy就会在本地更新，以便正确发送给后端pod
- pod到service包的流转：
- 数据包从pod1所在eth0离开，通过veth对的另一端veth0传给网桥cbr0，网桥找不到service的ip对应的mac，交给了默认路由，到达了root命名空间的eth0
- root命名空间的eth0接受数据包之前会经过iptables进行过滤，iptables接受数据包后使用kube-proxy在node上配置的规则响应service，然后数据包的目的ip重写为service后端指定的pod的ip了
- service到pod包的流转
- 收到包的pod会回应数据包到源pod，源ip是发送方ip，目标IP是接收方，数据包进行回复时经过iptables，iptables使用内核机制conntrack记住它之前做的选择，又将数据包源ip重新为service的ip，目标ip不变，然后原路返回至pod1的eth0
4.Internet与service之间的网络
将k8s集群服务暴露给互联网上用户使用，有两个问题；（1）从k8s的service访问Internet，以及（2）从Internet访问k8s的service.
根据参考文章，通过Internet网关，node可以将流量路由到Internet，但是pod具有自己的IP地址，Internet王冠上的NAT转换并不适用。参考方案：就是node主机通过iptables的nat来解决
- node到internet包的流转
- 数据包源自pod1网络命名空间，通过veth对连接到root网络命名空间，紧接着，转发表里没有IP对应的mac，会发送到默认路由，到达root网络命名空间的eth0
- 那么在到达root网络明明空间之前，iptables会修改数据包，现在数据包源ip是pod1的，继续传输会被Internet网关拒绝掉，因为网关NAT仅转发node的ip，解决方案：使iptables执行源NAT更改数据包源ip，让数据包看起来是来自于node而不是pod
- iptables修改完源ip之后，数据包离开node，根据转发规则发给Internet网关，Internet网关执行另一个NAT，内网ip转为公网ip，在Internet上传输。
- 数据包回应时，也是按照：Internet网关需要将公网IP转换为私有ip，到达目标node节点，再通过iptables修改目标ip并且最终传送到pod的eth0虚拟网桥。
Internet到k8s的流量
让Internet流量进入k8s集群，这特定于配置的网络，可以在网络堆栈的不同层来实现：
（1） NodePort
（2）Service LoadBalancer
（3）Ingress控制器。
这里只介绍第三种，如果想看详细的，文章开始有一个链接
- 第七层流量入口：Ingress Controller
通过一个公开的ip地址来公开多个服务，第7层网络流量入口是在网络堆栈的HTTP / HTTPS协议范围内运行，并建立在service之上。
工作：客户端现针对www.1234.com执行dns解析，DNS服务器返回ingress控制器的ip，客户端拿到ip后，向ingress控制器发送http的get请求，将域名加在host头部发送。控制器接收到请求后，从host头部就知道了该访问哪一个服务，通过与该service关联的endpoint对象查询podIP地址，将请求进行转发
第7层负载均衡器的一个好处是它们具有HTTP感知能力，因此它们了解URL和路径。 这允许您按URL路径细分服务流量。 它们通常还在HTTP请求的X-Forwarded-For标头中提供原始客户端的IP地址。
参考