Kubernetes（K8S）网络模型与传统网络有一些相似之处，但也有其独特的设计和实现方式。以下是对 Kubernetes 网络的详细技术解析，旨在帮助熟悉传统网络的人理解其工作原理。
1. 基本概念
- Pod: Kubernetes 中的最小部署单元，通常包含一个或多个容器。每个 Pod 都有自己的 IP 地址。
- Service: 提供 Pod 的稳定访问入口，支持负载均衡。Service 通过 ClusterIP、NodePort 或 LoadBalancer 暴露服务。
- Namespace: 用于将资源分组和隔离，类似于虚拟路由器或 VLAN。
2. 网络模型
Kubernetes 网络模型有几个关键原则：
- 每个 Pod 都有一个唯一的 IP 地址: Pod 之间可以直接通过 IP 通信，无需 NAT。
- 所有 Pod 在一个平面网络中: Pod 可以在没有 NAT 的情况下相互通信。
- 节点上的所有 Pod 可以与节点上的所有其他 Pod 通信: 这包括跨节点的通信。
- Pod 可以与节点上的所有服务通信: 这包括跨节点的服务。
3. 网络实现
Kubernetes 网络的实现通常依赖于网络插件（CNI 插件），如 Flannel、Calico、Weave Net 等。以下是一些常见的实现方式：
- Flannel: 使用覆盖网络（Overlay Network）技术，通过 VXLAN 或 UDP 隧道封装 Pod 间的流量。
- Calico: 使用路由技术，直接在底层网络上路由 Pod 间的流量，支持网络策略。
- Weave Net: 提供简单的网络实现，支持加密和多播。
4. Service 和负载均衡
- ClusterIP: 默认的 Service 类型，提供集群内部的虚拟 IP 地址，供集群内的 Pod 访问。
- NodePort: 将 Service 暴露在每个节点的某个端口上，供外部访问。
- LoadBalancer: 使用云提供商的负载均衡器，将 Service 暴露给外部网络。
5. DNS 和服务发现
Kubernetes 内置了 DNS 服务，允许 Pod 通过 DNS 名称访问 Service。每个 Service 都会在 DNS 中注册一个记录，Pod 可以通过 service-name.namespace.svc.cluster.local 的格式进行访问。
6. 网络策略
Kubernetes 支持网络策略（Network Policy），用于控制 Pod 之间的流量。网络策略定义了允许哪些流量进入或离开 Pod，类似于传统网络中的防火墙规则。
7. 网络安全
- 网络隔离: 使用 Namespace 和网络策略实现逻辑隔离。
- 加密: 某些 CNI 插件（如 Weave Net）支持流量加密。
- 认证和授权: 使用 RBAC 和 Service Account 控制访问权限。
8. 实际应用中的挑战
- 网络性能: Overlay 网络可能引入额外的延迟和开销。
- 复杂性: 大规模集群中的网络调试和管理可能变得复杂。
- 兼容性: 不同 CNI 插件的特性和配置可能有所不同。