图解-Kubernetes&OpenShift容器网络发展

作者：巨子嘉 2023-02-06 07:41:27

云计算

云原生 OVN虽然很多功能(LB，Gateway，DNS, DHCP)依然使用OVS进行底层流量转发,但是大幅度提升了上层应用(Openstack、Kubernetes、Openshift)的管理能力。

与传统的虚拟化相比，Kubernetes容器的生命周期更短、数量密度更高、集群变更速度更快。容器网络就必须对集群节点之间的高速通信进行充分的考量。除此之外，在企业级的容器云平台上，承载众多租户的计算负载之间资源的安全隔离，也必须要考虑到的因素。

显而易见，传统的物理网络架构无法满足容器高灵活性的需求，容器网络必须要有一种崭新的设计架构。Kubernetes快速发展演进，其中网络这块发展变革最快，生态最繁荣。

容器网络的发展，从Docker主导的CNM模型，演进到Google、CoreOS、Kubernetes主导的CNI模型。CNM与CNI并不是网络的实现，而是网络规范和网络体系。当前，容器网络CNI基本是事实的标准，除了背后开源社区的阵营不同，更多是技术迭代演进，架构优化调整。与Kubernetes在最新版本开始解耦Docker一样。下图是容器网络发展脉络，从运行效率与管理效率两个方面推动容器持续迭代优化。

1、单节点容器网络

容器单节点网络,在单个容器主机，通过Bridge或者Macvlan等方式实现共享宿主机物理网卡，多个容器使用“端口映射”的方式共享容器主机IP地址。存在问题是如何进行大规模管理，容器间跨主机无需经过NAT无法直接通信。如下图所示：

2、Kubernetes Flannel网络

Kubernetes Flannel网络，实现容器主机集群和跨节点Pod直连，每个容器主机分配一个网段用于容器内Pod互联。通过VxLAN协议封装实现Overlay容器网络，容器IP在物理网络上传输时使用物理机IP，其真实IP会被封装在VxLAN协议中。每个机器上有一个flanneld服务进行外部网络通信时的封包和解包。存在问题是虽然大二层带来了连通的便利，但是管控、访问控制、租户隔离没有实现，如下图所示：

3、多租户 + NetworkPolicy容器网络

多租户 + NetworkPolicy容器网络，Openshift v3 OVS网络就是基于这个思路已经实现。通过VxLAN实现跨集群互通，使用可编程OVS流表控制每个节点上的容器流量转发控制，多租户之间的网络NetworkPolicy控制，基于Namespace级别控制，基于Pod、端口的控制。存在问题是OVS和流表依然是单机，大量的流程编程工作，SVC和LB暴露依赖iptables，性能开销较大，如下图所示。

4、SDN容器网络

SDN容器网络，随着技术快速的发展，尤其是近几年大型国企数字化转型加速，各种各样的应用容器化运行之后，OVS容器网络的局限性开始突显。首先就是统一控制平面效率不高。其次是OVS借助每个节点上iptables实现，iptables实现NAT时性能开销大，同时Kubernetes Service管理复杂。最后是IPv6与Windows等新需求难以支持。

OVN是从OVS发展演进而来，是openvSwitch原生控制层实现，用于将分布式的openvSwitch交换机统一管理。OVN是集中式SDN控制器，实现集群层面做网络编排，管理组件高可用，使用OpenFlow控制协议，利用OVS实现网络转发。

5、总结

OVN虽然很多功能(LB，Gateway，DNS, DHCP)依然使用OVS进行底层流量转发,但是大幅度提升了上层应用(Openstack、Kubernetes、Openshift)的管理能力。与其他的kubernetes CNI网络插件相比，OVN是真正的SDN!

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