网络模型 — Kubernetes（56）

本节我们讨论 Kubernetes 网络这个重要主题。

Kubernetes 作为编排引擎管理着分布在不同节点上的容器和 Pod。Pod、Service、外部组件之间需要一种可靠的方式找到彼此并进行通信，Kubernetes 网络则负责提供这个保障。本章包括如下内容：

1. Kubernetes 网络模型
2. 各种网络方案
3. Network Policy

Kubernetes 网络模型

Kubernetes 采用的是基于扁平地址空间的网络模型，集群中的每个 Pod 都有自己的 IP 地址，Pod 之间不需要配置 NAT 就能直接通信。另外，同一个 Pod 中的容器共享 Pod 的 IP，能够通过 localhost 通信。

这种网络模型对应用开发者和管理员相当友好，应用可以非常方便地从传统网络迁移到 Kubernetes。每个 Pod 可被看作是一个个独立的系统，而 Pod 中的容器则可被看做同一系统中的不同进程。

下面讨论在这个网络模型下集群中的各种实体如何通信。知识点前面都已经涉及，这里可当做复习和总结。

Pod 内容器之间的通信

当 Pod 被调度到某个节点，Pod 中的所有容器都在这个节点上运行，这些容器共享相同的本地文件系统、IPC 和网络命名空间。

不同 Pod 之间不存在端口冲突的问题，因为每个 Pod 都有自己的 IP 地址。当某个容器使用 localhost 时，意味着使用的是容器所属 Pod 的地址空间。

比如 Pod A 有两个容器 container-A1 和 container-A2，container-A1 在端口 1234 上监听，当 container-A2 连接到 localhost:1234，实际上就是在访问 container-A1。这不会与同一个节点上的 Pod B 冲突，即使 Pod B 中的容器 container-B1 也在监听 1234 端口。

Pod 之间的通信

Pod 的 IP 是集群可见的，即集群中的任何其他 Pod 和节点都可以通过 IP 直接与 Pod 通信，这种通信不需要借助任何的网络地址转换、隧道或代理技术。Pod 内部和外部使用的是同一个 IP，这也意味着标准的命名服务和发现机制，比如 DNS 可以直接使用。

Pod 与 Service 的通信

Pod 间可以直接通过 IP 地址通信，但前提是 Pod 得知道对方的 IP。在 Kubernetes 集群中， Pod 可能会频繁的销毁和创建，也就是说 Pod 的 IP 不是固定的。为了解决这个问题，Service 提供了访问 Pod 的抽象层。无论后端的 Pod 如何变化，Service 都作为稳定的前端对外提供服务。同时，Service 还提供了高可用和负载均衡功能，Service 负责将请求转发给正确的 Pod。

外部访问

无论是 Pod 的 IP 还是 Service 的 Cluster IP，它们只能在 Kubernetes 集群中可见，对集群之外的世界，这些 IP 都是私有的。

Kubernetes 提供了两种方式让外界能够与 Pod 通信：

1. NodePort
   Service 通过 Cluster 节点的静态端口对外提供服务。外部可以通过 <NodeIP>:<NodePort> 访问 Service。

2. LoadBalancer
   Service 利用 cloud provider 提供的 load balancer 对外提供服务，cloud provider 负责将 load balancer 的流量导向 Service。目前支持的 cloud provider 有 GCP、AWS、Azur 等。

以上就是 Kubernetes 网络模型的相关讨论。
下一节我们来看看 Kubernetes 支持的网络方案。