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计算机网络技术原理与实验 计算机网络技术原理与实验唐灯平篇一
kubernetes(k8s) 源于古希腊语，意寓为舵手，管理者。kubernetes 是google开源的容器集群管理系统，其提供应用部署、维护、扩展机制等功能，利用kubernetes能方便地管理跨机器运行容器化的应用，下面跟着小编一起了解一些计算机网络技术原理。
：
以集群的方式运行、管理跨机器的容器;
解决docker 跨机器容器之间的通讯问题;
kubernetes 的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态。
实际上使用kubernetes 只需要一个部署文件，使用一条命令就可以部署一个完整集群(以网部署k8s 的dashboard 为例)：
kubectl create -fhttps:///kubernetes/dashboard/master/src/deploy/
现在先介绍一些核心的概念：
pods：是连接在一起的容器组合并共享文件卷。它们是最小的部署单元，由 kubernetes 统一创建、调度、管理;
replication controllers：管理 pods 的生命周期, 它们确保指定数量的pods 会一直运行;
labels：被用来管理和选取基于键值对为基础的对象组;
services：提供独立、可靠名称和地址的 pods 集合，它就像一个基础版本的负载均衡器;
node：相对master是工作主机，也叫minon，物理机、虚拟机均可。
namespace：不同的namespace 形成逻辑上不同的`项目或用户组。
volume：pod 中被多个容器访问的共享目录。
下图是典型的kubernetes 的架构图：
在开始了解kubernetes 的网络原理之前，我们先来看下docker 的网络模型。
2docker的网络模型
docker network ls 这个命令用于列出所有当前主机上的网络：
在默认情况下会看到三个网络，它们是dockerdeamon 进程创建的。标准的docker 支持一下4种网络模式：
bridge模式：使用—net=bridge指定。容器使用独立网络namespace，并连接到docker0虚拟网卡(默认模式);
none模式：使用—net=none指定。容器没有任何网卡，适合不需要与外部通过网络通信的容器;
host模式：使用—net=host指定。容器与主机共享网络namespace，拥有与主机相同的网络设备;
container模式：使用—net=container:name_or_id指定。
在kubernetes 的管理模式下，通常只使用bridge 模式。在bridge 模式下，dockerdaemon 第一次启动时创建一个虚拟的网桥，缺省名字是docker0，然后按照rpc1918的模型，在私有网络空间中给这个网桥分配一个子网。docker 创建出来的每一个容器，都会创建一个虚拟的veth 设备对，其中一端关联到网桥上，另一端用linux 的网络命名空间技术，映射到容器内的eth0设备，然后在网桥的地址段内分配一个ip地址。
docker的缺省桥接网络模型：
虚拟化技术中最为复杂的就是虚拟化网络技术，也是门槛很高的技术领域，docker 很明智的早期并没有提供跨主机的解决方案。
3什么是kubernetes网络模型?
kubernetes 网络设计的一个基本原则是：每个pod 都有一个全局唯一的ip, 而且假定所有的pod 都在一个可以直接连通的，扁平的网络空间中，pod 之间可以跨主机通信，按照这种网络原则抽象出来的一个pod 对应一个ip的设计模型也被称作ip-per-pod 模型。
相比于docker 原生的nat方式来说，这样使得容器在网络层面更像虚拟机或者物理机，复杂度整体降低，更加容易实现服务发现，迁移，负载均衡等功能。
容器间的通信
创建的dashboard 容器信息：
在yaml 文件中你可以发现我们设置的replicas 的数量是1，但是却发现了两个容器在运行，/google_containers/pause:2.0，那么第二个容器从何而来?
执行下图中的命令可以发现：
第二个容器和第一个容器共享网络命名空间。第一个容器是netowrk container，它不做任何事情，只是用来接管pod 的网络。这样做的好处在于避免容器间的相互依赖，使用一个简单的容器来统一管理网络。
pod 间的通信
pod 间的通信使用的是一个内部ip，这个ip就是network container 的ip。
以dashboard 为例：
同一个node 上的pod 通过veth 连接在同一个docker0 网桥上，地址段相同，原生能通信。但是不同node 之间的pod 如何通信的，本质是在网路上再架设一层overlay network 使容器的网络运行在这层overlay 网络上。现有的方案有flannel,openvswitch,weave 等。本文kubernetes 环境是采用flannel。
flannel 使用linux 通用tun/ tap 设备， 并使用udp 封装ip 数据包创建一个覆盖网络。它使用etcd 维护子网的分配和overlay 网络和实际ip 的映射。
下图是flannel 的原理图：
pod 到service 通信
查看dashboard 的service 的vip(virtual ip) 和后端pod 的ip：
那么dashboard 就可以通过10.254.104.235来进行访问，执行iptables-save：
然后执行lsof –i:30250：
可以看到kube-proxy 进程监听在30250端口上，这个进程可以看做是service 的透明代理兼负载均衡器，对于service 的访问请求将被这个进程转发到后端pod。
对于pod 的变化会及时刷新。那么service 就是在pod 间起到中转和代理的作用。
下图中可以很好的反映整个流程：
当一个客户端访问这个service 时，这些iptable 规则就开始起作用，客户端的流量被重定向到kube-proxy 为这个service 打开的端口上，kube-proxy 随机选择一个后端pod 来进行服务。
外部到内部的通信
kubernetes 支持两种对外服务的service 的type 定义：nodeport 和loadbalancer。
nodeport：在每个node 上打开一个端口并且每个node 的端口都是一样的，通过:nodeport 的方式，kubernetes 集群外部的程序可以访问service;
loadbalancer: 通过外部的负载均衡器来访问。
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