Flannel：Kubernetes 网络方案的“轻骑兵”
Flannel：Kubernetes 网络方案的“轻骑兵”
在 Kubernetes 中，网络是连接所有组件的核心。每个 Pod 都需要一个独立的 IP，方便 Pod 间的通信，而 Flannel 正是解决这个问题的经典容器网络插件（CNI）。它简单、轻量、高效，被广泛用于 Kubernetes 的网络方案中。
今天我们就来聊聊 Flannel，包括它的作用、工作原理、使用场景以及配置方法。
什么是 Flannel？
Flannel 是一个专注于 Pod 网络的容器网络插件。 它的主要任务是为 Kubernetes 集群中的每个 Pod 分配一个唯一的 IP 地址，并确保 Pod 间的通信无障碍。Flannel 本质上实现了一个覆盖网络（Overlay Network），隐藏了底层网络的复杂性。
Flannel 的工作原理
在 Kubernetes 集群中，每个节点的 Pod 都需要一个独立的网络子网（Subnet）。Flannel 使用 分布式的网络规划机制，为每个节点分配一个子网，并通过不同的后端机制（比如 VXLAN）来保证跨节点的网络通信。
简单来说，Flannel 的工作流程如下：
-
分配子网：
Flannel 为每个节点分配一个固定的子网（比如 10.244.1.0/24）。 -
Pod 的 IP 地址分配：
当一个 Pod 创建时，它会从节点的子网池中分配一个 IP 地址。 -
跨节点通信：
- 当 Pod 与同节点的其他 Pod 通信时，直接通过主机网络转发数据包。
- 当 Pod 需要与其他节点的 Pod 通信时，Flannel 使用其后端（如 VXLAN、host-gw 等）封装数据包，并将其转发到目标节点。
Flannel 的后端模式
Flannel 支持多种网络后端，满足不同的网络需求。以下是常用的几种后端模式：
-
VXLAN（默认模式）
- 通过虚拟扩展局域网（VXLAN）技术创建一个 Overlay 网络。
- 优点：无需对底层网络进行修改，跨节点通信透明。
- 缺点：封包后会有一定的性能开销。
-
host-gw（主机网关模式）
- 每个节点通过路由表直接通信，无需封装数据包。
- 优点：性能高。
- 缺点：要求所有节点必须在同一二层网络中。
-
IPSec
- 为数据包添加加密功能，适用于需要高安全性的场景。
- 优点：安全性高。
- 缺点：加密导致性能下降。
-
其他后端
如aws-vpc、gce等，针对云平台的特定实现。
Flannel 的使用场景
-
小型集群网络：
Flannel 配置简单、轻量，非常适合小型 Kubernetes 集群。 -
Overlay 网络需求：
如果底层网络复杂，Flannel 的 VXLAN 模式可以屏蔽底层网络差异。 -
快速搭建开发环境：
Flannel 是许多 Kubernetes 安装工具（如 kubeadm）的默认网络插件，快速上手友好。
配置 Flannel
1. 安装 Flannel
在 Kubernetes 集群中，安装 Flannel 通常只需要应用一个 YAML 文件：
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
2. 关键配置文件解析
以下是 Flannel 的核心配置文件片段：
apiVersion: policy/v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: kube-flannel-cfg
namespace: kube-system
data:
net-conf.json: |
{
"Network": "10.244.0.0/16",
"Backend": {
"Type": "vxlan"
}
}
关键字段说明：
-
Network：
指定整个 Kubernetes 集群的 Pod 网络地址范围。 -
Backend：
定义 Flannel 的后端类型，这里选择vxlan。
3. 配置节点的网络 CIDR
如果使用 kubeadm 初始化集群，确保指定了与 Flannel 网络一致的 CIDR 范围：
kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
4. 验证安装
部署完成后，可以通过以下命令验证 Flannel 是否正常运行：
kubectl get pods -n kube-system -o wide
确保所有 flannel Pod 都处于 Running 状态。
案例：跨节点 Pod 的通信
环境准备
- 节点 A 上运行一个 nginx Pod。
- 节点 B 上运行一个 curl Pod。
步骤
-
创建 nginx Pod：
apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: nginx spec: containers: - name: nginx image: nginx部署到节点 A。
-
创建 curl Pod：
apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: curl spec: containers: - name: curl image: curlimages/curl command: ["sleep", "3600"]部署到节点 B。
-
验证通信：
在curlPod 中执行以下命令：curl <nginx_pod_ip>如果返回了 nginx 的默认页面，说明 Flannel 已经成功实现跨节点通信。
Flannel 的优缺点
优点
- 易于配置：Flannel 是最简单的 Kubernetes CNI 方案之一。
- 兼容性强：支持多种后端，适配各种环境。
- 轻量高效：适合资源有限的集群。
缺点
- 性能瓶颈：VXLAN 模式在高流量场景下可能成为瓶颈。
- 功能单一：相比 Calico 等 CNI 插件，缺少网络策略等高级功能。
总结
Flannel 是 Kubernetes 网络方案中简单高效的代表，尤其适合小型集群或对性能要求不高的环境。虽然它的功能较为基础，但通过支持多种后端模式，能够很好地满足大部分场景的需求。
无论是快速部署开发环境，还是在资源受限的生产环境中使用，Flannel 都是一个非常优秀的选择。如果你的网络需求较为复杂，可能需要探索其他网络插件，比如 Calico 或 Cilium。
希望这篇文章能帮助你更好地理解 Flannel 的作用和使用方法！如果你有其他问题或经验，欢迎交流！