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{{DISPLAYTITLE:Kubernetes网络模型}} == 介绍 == '''Kubernetes网络模型'''是Kubernetes集群中实现容器间通信的核心架构,它定义了Pod、节点和服务之间的网络交互规则。与传统的网络环境不同,Kubernetes要求所有Pod无论运行在哪个节点上,都能直接相互通信,且无需网络地址转换(NAT)。这一模型基于以下基本原则: * 每个Pod拥有唯一的IP地址(IP-per-Pod)。 * Pod内的所有容器共享网络命名空间,可通过`localhost`直接通信。 * Pod与Pod之间的通信不依赖显式映射(如NAT)。 == 核心组件 == Kubernetes网络模型依赖以下关键组件实现其功能: === Pod网络 === Pod网络是跨节点的扁平化网络,确保: * Pod IP地址在集群内全局唯一。 * Pod间可直接通过IP通信,无需网关。 <mermaid> graph LR PodA[Pod A] -->|直接通信| PodB[Pod B] PodB -->|跨节点| PodC[Pod C] </mermaid> === Service网络 === Service是抽象层,为动态变化的Pod提供稳定访问端点,支持: * '''ClusterIP''':集群内虚拟IP。 * '''NodePort''':通过节点端口暴露服务。 * '''LoadBalancer''':集成云提供商负载均衡器。 <syntaxhighlight lang="yaml"> apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: my-service spec: selector: app: nginx ports: - protocol: TCP port: 80 targetPort: 9376 </syntaxhighlight> === CNI (Container Network Interface) === CNI是网络插件标准,负责: * 分配Pod IP地址。 * 配置网络路由规则。 常见插件包括Calico、Flannel和Cilium。 == 通信流程详解 == === Pod-to-Pod通信 === 跨节点通信通常通过覆盖网络(Overlay)或路由表实现: 1. 数据包从Pod A发送到Pod B。 2. 节点内核根据路由表将包转发到目标节点。 3. 目标节点的CNI插件将包传递给Pod B。 <mermaid> sequenceDiagram participant PodA participant Node1 participant Node2 participant PodB PodA->>Node1: 发送数据包到Pod B Node1->>Node2: 通过VXLAN/路由转发 Node2->>PodB: 交付数据包 </mermaid> === Pod-to-Service通信 === 通过kube-proxy和iptables/IPVS实现负载均衡: * '''ClusterIP''':虚拟IP由kube-proxy映射到后端Pod。 * 流量根据规则随机分发到健康的Pod。 <math> \text{选择概率} = \frac{1}{\text{健康Pod数量}} </math> == 实际案例 == === 案例1:多层级应用通信 === 一个三层Web应用(前端、后端、数据库)的通信: 1. 前端Pod通过Service名称访问后端。 2. 后端Service将请求负载均衡到多个Pod。 3. 数据库使用StatefulSet确保持久化存储。 <syntaxhighlight lang="bash"> # 查询Service的Endpoint kubectl get endpoints my-service </syntaxhighlight> 输出示例: <pre> NAME ENDPOINTS AGE my-service 10.244.1.2:9376,10.244.2.5:9376 5m </pre> === 案例2:网络策略隔离 === 使用NetworkPolicy限制流量: <syntaxhighlight lang="yaml"> apiVersion: networking.k8s.io/v1 kind: NetworkPolicy metadata: name: allow-frontend spec: podSelector: matchLabels: role: frontend ingress: - from: - podSelector: matchLabels: role: backend </syntaxhighlight> == 常见问题 == {| class="wikitable" |- ! 问题 !! 解决方案 |- | Pod无法跨节点通信 || 检查CNI插件安装和节点路由表 |- | Service无法访问 || 验证kube-proxy和Endpoints状态 |- | 网络延迟高 || 考虑使用非覆盖网络方案(如BGP) |} == 进阶主题 == * '''Ingress控制器''':管理外部访问的HTTP路由。 * '''服务网格(Service Mesh)''':如Istio实现高级流量管理。 * '''eBPF优化''':替代iptables提升性能。 [[Category:Kubernetes]] [[Category:网络模型]] [[Category:集成部署]] [[Category:Kubernetes服务与网络]]
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