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在 Kubernetes 中，Pod 网络 是实现容器间通信的核心机制，每个 Pod 拥有独立的 IP 地址，可直接跨节点通信。CNI（Container Network Interface） 是 Kubernetes 的网络插件标准，负责为 Pod 分配 IP、配置网络规则，并确保 Pod 间的连通性。常见的 CNI 插件（如 Calico、Flannel）通过不同技术实现这一目标。

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CNI 的核心作用

1. IP 地址管理（IPAM）

   • 为每个 Pod 分配唯一的 IP 地址，确保集群内无冲突。

2. 网络连通性

   • 实现同一节点内的 Pod 通信（通过网桥或虚拟设备）。

   • 实现跨节点 Pod 的通信（通过 Overlay 网络或路由规则）。

3. 网络策略支持

   • 部分插件（如 Calico）支持定义网络策略（NetworkPolicy），控制 Pod 间的流量。

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常见 CNI 插件对比

插件	实现原理	特点	适用场景
Flannel	Overlay 网络（如 VXLAN）或 Host-GW	- 简单易用 - 默认使用 VXLAN 封装跨节点流量 - 性能中等	中小规模集群、快速部署
Calico	BGP 路由 + IPIP 封装	- 高性能（直接路由，避免 Overlay 开销） - 支持网络策略 - 复杂度较高	大规模集群、需要安全策略的环境
Cilium	eBPF 技术	- 高性能和可观测性 - 支持 L7 网络策略 - 内核要求较高	云原生、安全敏感型应用

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Pod 间通信原理

1. 同一节点内的 Pod 通信

• 通信流程：

  1. Pod A 发送数据包到 Pod B 的 IP。

  2. 节点上的 CNI 网桥（如 cni0） 根据 ARP 表找到 Pod B 的 MAC 地址。

  3. 数据包直接通过网桥转发到 Pod B 的虚拟网卡（veth pair）。

• 示意图：

  Pod A (eth0) <--> veth pair <--> cni0 <--> veth pair <--> Pod B (eth0)

2. 跨节点的 Pod 通信

不同 CNI 插件的实现方式：

Flannel（VXLAN 模式）

• 原理：

  1. Pod A 发送数据包到目标 Pod C 的 IP。

  2. 源节点通过 Flannel 的 VXLAN 隧道 封装数据包，目标地址为 Pod C 所在节点的 IP。

  3. 目标节点解封装数据包，通过本地网桥转发到 Pod C。

• 特点：

  • 依赖 Overlay 网络，适用于不支持 BGP 的网络环境。

  • 因封装开销，性能略低于直接路由方案。

Calico（BGP 路由模式）

• 原理：

  1. 每个节点作为 BGP Speaker，通过 BGP 协议向其他节点宣告本机 Pod 的 IP 段。

  2. Pod A 发送数据包到 Pod C 的 IP，节点根据路由表直接通过物理网络转发到目标节点。

  3. 目标节点通过本地网桥将数据包送达 Pod C。

• 特点：

  • 无 Overlay 封装，性能接近物理网络。

  • 需要网络设备支持 BGP 或配置 IPIP 隧道（兼容非 BGP 环境）。

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示例：Calico 的跨节点通信（BGP 模式）

1. 节点路由表（查看节点路由规则）：

   ip route show
   # 输出示例：
   # 10.244.1.0/24 via 192.168.1.102 dev eth0  # 目标节点 IP 为 192.168.1.102

2. 数据包路径：

   • Pod A（IP 10.244.0.10）→ 节点 A 路由 → 节点 B（IP 192.168.1.102）→ Pod C（IP 10.244.1.10）。

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CNI 插件选型建议

1. Flannel：

   • 适合快速部署、无需复杂策略的小型集群。

   • 缺点：缺乏网络策略支持（需结合其他工具如 Calico）。

2. Calico：

   • 适合中大规模集群，尤其是需要高性能和网络策略的场景。

   • 缺点：BGP 配置需网络设备支持，复杂度较高。

3. Cilium：

   • 适合云原生环境，需要 L7 策略和深度可观测性的场景。

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网络策略（NetworkPolicy）示例

Calico 支持通过 NetworkPolicy 限制 Pod 流量：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:name: allow-frontend
spec:podSelector:matchLabels:role: frontendingress:- from:- podSelector:matchLabels:role: backendports:- protocol: TCPport: 80

• 作用：仅允许带有 role: backend 标签的 Pod 访问 role: frontend Pod 的 80 端口。

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总结

• CNI 插件是 Kubernetes 网络的核心，决定 Pod 通信的性能和功能特性。

• Flannel 简化部署，适合基础场景；Calico 提供高性能和策略控制，适合生产环境。

• Pod 间通信通过网桥（同节点）或 Overlay/路由（跨节点）实现，不同插件采用不同技术。