说说Kubernetes网络到底是咋回事，里面那些模型怎么影响容器通信

要理解Kubernetes网络是怎么回事，咱们可以把它想象成一个现代化的公寓大楼的管理问题，这个大楼就是你的Kubernetes集群，每个公寓单元就是一个Pod（里面住着一个或多个关系紧密的容器，就像一家人）。

核心目标：让每个“家庭”都能顺畅沟通

Kubernetes对网络有几个最基本的要求,就像大楼物业定下的规矩：

1. 不用NAT就能对话：任何一个Pod（比如301房间）应该能直接和任何其他Pod（比如502房间）通信，不需要经过复杂的地址转换，就像房间之间可以直接拨分机号,而不必总要先拨通总机。
2. Pod知道自己是谁：每个Pod看到的自己的IP地址，应该和别人看到的它的IP地址是一样的，不能出现自己觉得是内网IP（192.168.1.10），别人看来却是另一个公网IP的情况,这保证了通信的可靠性。
3. 节点上的Pod互通：运行在同一个物理机或虚拟机（Kubernetes称之为Node）上的Pod们,自然也要能直接通信。

这些要求听起来简单，但实现起来，Kubernetes本身并不亲自动手布线，它只是定下了规矩，具体怎么实现，交给了各种“施工队”——这就是CNI（容器网络接口），Flannel、Calico、Cilium等都是著名的“施工队”,它们各有各的布线方案。

常见的几种“布线”模型（网络模型）

这些“施工队”如何实现Pod之间的通信，主要形成了以下几种模型,它们深刻地影响了容器间通信的效率和方式：

1. Overlay网络（覆盖网络）模型：这就像是在大楼现有的电路系统上,又架空了一层虚拟的专用电话线系统。

   • 怎么工作：当301的Pod A想和运行在另一台机器上的502的Pod B通话时，Pod A发出的数据包会被它所在节点的网络驱动“打包”或“封装”进一个新的网络包里（比如用VXLAN或IPsec协议），这个新包的外壳地址是目标Pod所在节点的地址，数据包到达目标节点后，再由那里的网络驱动“拆包”，将原始数据包交给Pod B。
   • 影响：好处是灵活，对底层物理网络没啥特殊要求，普适性强，坏处是“打包/拆包”有性能开销，就像快递多了层包装，速度会慢一点点，排查问题时也复杂一些,Flannel的VXLAN模式是典型代表。

2. 路由模型：这个模型要求底层网络设备（交换机、路由器）足够智能,更像是在建设大楼时就直接预埋了通往每个房间的专属线路。

   • 怎么工作：Kubernetes集群的每个Node都有一个属于自己的网段（比如Node1负责10.244.1.0/24，Node2负责10.244.2.0/24），当Pod A要访问Pod B时，数据包会直接由Node1的网络栈发出，底层路由器根据Pod B的IP地址（属于10.244.2.0/24网段）就知道该把包转发给Node2,整个过程没有封装和解封装。
   • 影响：性能非常好，接近原生网络速度，因为少了Overlay的封装开销，但缺点是依赖底层网络基础设施的支持，需要路由器能识别并路由Pod的IP段,Calico的BGP模式是这方面的佼佼者。

3. Underlay网络模型：这是最直接的方式，可以理解为给每个Pod都分配了一个真实的、物理网络上的IP地址,就像给每个公寓单元直接拉了一条市政宽带入户。

   

   • 怎么工作：通过MACVLAN、IPVLAN或SR-IOV等技术，让容器网络接口直接“寄生”在物理网络接口上，Pod的IP地址和节点的IP地址在同一层网络上，对网络设备来说,Pod和一台普通电脑没区别。
   • 影响：性能是最高的，延迟极低，但代价是通常需要消耗大量的IP地址，并且配置可能更复杂，对网络规划要求高，在一些对性能极度敏感的场景（如高频交易、电信云）中会使用。

除了Pod间通信，还有别的“通话”场景

Kubernetes网络不止是Pod到Pod这么简单：

• Service网络（服务发现）：Pod是“ ephemeral”（短暂的），今天可能在301，明天可能被安排到608，所以不能靠记Pod的IP来访问服务，Kubernetes引入了Service（服务）的概念，Service有一个永远不会变的虚拟IP（VIP）和域名，当你访问这个VIP时，一个叫kube-proxy的组件会充当“前台总机”，根据规则把请求智能地转发给背后健康的Pod，这就像你永远只需要拨打“物业服务中心”这个固定号码,而不用关心今天具体是哪位客服值班。
• Ingress（入口）：Service的VIP通常只在集群内部有效，想让外面的用户访问大楼里的服务（比如官网），就需要Ingress，它像一个大楼的总入口和导览台，根据你访问的网址（如 www.example.com），把你引导到对应的后台服务（Service）上去，Ingress本身需要一個外网能访问的入口点，这通常由LoadBalancer类型的Service或NodePort来提供。

总结一下

Kubernetes网络的核心是通过一套标准和插件机制（CNI），在复杂的多节点环境下，为动态变化、数量庞大的Pod提供一个扁平、直接、可寻址的网络空间，你选择的CNI插件（Overlay、路由还是Underlay模型）直接决定了数据包在节点间“旅行”的路径和方式，从而在易用性、性能和基础设施依赖之间做出权衡，而Service和Ingress则在此基础上，提供了稳定的服务访问入口和灵活的路由能力，使得整个系统既内部互通又对外可用。 参考和综合了Kubernetes官方文档关于网络的概念、以及诸如Flannel、Calico等项目文档和诸如《Kubernetes权威指南》等技术书籍中关于网络模型的普遍解释。）