multus-cni之初探

multus-cni 之初探

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文章目录

• multus-cni 之初探
• • cni是什么
  • multus-cni介绍
  • 适用场景
  • 如何为pod添加额外的网卡
  • 如何部署
  • 一个官方小例子

cni是什么

在讲multus-cni之前，首先要明白cni是什么，CNI 是 Container Network Interface 的缩写，是一个标准的通用的接口，用于连接容器管理系统和网络插件。k8s自己没有实现容器网络方案，但是提供了容器网络规范，就是cni，用户可以实现自己的cni插件，目前比较流行的cni插件是 Flannel 、Calico和Cilium。那cni是如何构建容器网络的呢？这得从容器的namespace机制说起，容器运行时为容器提供多个namespace，比如ipc namespace, network namespace，UTS namespace, mount namespace和pid namespace。而涉及网络插件的就是network namespace, 网络插件(即cni插件)负责将 network interface（网络接口，可以理解成网卡） 插入该 network namespace ，然后对network namespace 中的 interface 进行 IP和路由的配置。所以，简单来说，网络插件的主要工作就在于为容器提供网络环境，包括为 pod 设置 ip 地址、配置路由以保证pod在集群内网络的通信。

multus-cni介绍

本文的主题是multus-cni,multus-cni也是属于k8s中的一种cni，只是这种cni有点特殊，它支持将多个网络接口附加到 Kubernetes 中的pod，也就是说pod可以拥有多张网卡（拥有多个ip）。通常来讲，pod中只能配置一张网卡（loopback网卡除外），但是使用multus-cni可以做到配置多张网卡(大于等于2张)。这是通过将 Multus 充当“元插件”来实现的，这是一个可以调用多个其他 CNI 插件的 CNI 插件，这里想下，为什么要用多张网卡呢？场景是什么呢？下面是multus-cni官方给出的例子，pod中带了三张网卡：eth0,net0和net1，三张网卡有什么用呢？可以用于划分流量，比如eth0专门用于与k8s 控制面组件通信作为管理流量，而net0和net1专门用于业务流量。这样通过不同的网卡，可以把流量区分开来。
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适用场景

这边具体讲下multus-cni的使用场景，一般可以在需要网络隔离的情况下使用额外网络，包括分离数据平面流量与控制平面流量。隔离网络流量对以下性能和安全性是很有用的：

• 性能：
  用户可以在两个不同的平面上发送流量，以管理每个平面上流量的多少。
• 安全性：
  用户可以将敏感的流量发送到专为安全考虑而管理的网络平面，也可隔离不能在租户或客户间共享的私密数据。

如何为pod添加额外的网卡

集群中的所有 Pod 仍然使用集群范围的默认网络，以维持整个集群中的连通性。每个 Pod 都有一个 eth0 接口，附加到集群范围的 Pod 网络。您可以使用 kubectl exec -it – ip a 命令来查看 Pod 的接口。
部署multus-cni插件的时候，你可以看到有一个crd也被部署了，这个crd就是network-attachment-definition，后面简称NAD。如果用户添加使用 Multus CNI 的额外网络接口，例如名称为 net1、net2、…​、netN的网卡，也就是需要将额外网络接口附加到Pod，用户必须创建配置来定义接口的附加方式（也就是创建对应的NAD对象）:

apiVersion: "k8s.cni.cncf.io/v1"
kind: NetworkAttachmentDefinition
metadata:
  name: macvlan-conf
spec:
  config: '{
      "cniVersion": "0.3.0",
      "type": "macvlan",
      "master": "eth0",
      "mode": "bridge",
      "ipam": {
        "type": "host-local",
        "subnet": "192.168.1.0/24",
        "rangeStart": "192.168.1.200",
        "rangeEnd": "192.168.1.216",
        "routes": [
          { "dst": "0.0.0.0/0" }
        ],
        "gateway": "192.168.1.1"
      }
    }'

上面NAD对象中使用到了macvaln和ipam里的host-local是什么？
containernetworking 团队维护的通用 CNI 网络插件（见https://www.cni.dev/plugins/current/），网路插件根据用途分成Main插件、Ipam插件和Meta插件：

• Main插件：主要用来创建具体的网络设备的二进制文件；
• Ipam插件：主要用来负责分配IP地址；
• Meta插件：由CNI社区维护的内部插件。

macvlan就是属于Main插件，host-local属于Ipam插件，在这里我们也可以了解到，cni插件中至少要包含Main插件和Ipam插件。

Main 插件是用于在集群中创建额外的网络：

• bridge：创建基于网桥的额外网络可让同一主机中的 Pod 相互通信，并与主机通信。
• host-device：创建 host-device 额外网络可让 Pod 访问主机系统上的物理以太网网络设备。
• macvlan：创建基于 macvlan 的额外网络可让主机上的 Pod通过使用物理网络接口与其他主机和那些主机上的 Pod 通信。附加到基于 macvlan 的额外网络的每个 Pod 都会获得一个唯一的 MAC 地址。
• ipvlan：创建基于 ipvlan 的额外网络可让主机上的 Pod 与其他主机和那些主机上的 Pod 通信，这类似于基于 macvlan 的额外网络。与基于 macvlan 的额外网络不同，每个 Pod 共享与父级物理网络接口相同的 MAC 地址。
• SR-IOV：创建基于 SR-IOV 的额外网络可让 Pod 附加到主机系统上支持 SR-IOV 的硬件的虚拟功能 (VF) 接口。

Ipam插件主要用来负责分配IP地址：

• dhcp插件，节点上需要有 DHCP server；
• host-local插件是给定子网范围，在单个几点上基于这个子网进行ip地址分配；
• static插件，静态地址管理，直接指定ip地址使用的。

如何部署

执行：

wget https://raw.githubusercontent.com/k8snetworkplumbingwg/multus-cni/master/deployments/multus-daemonset-thick-plugin.yml
kubectl apply -f multus-daemonset-thick-plugin.yml

一个官方小例子

multus-cni官方给出了一个macvlan的例子，先创建一个macvlan的NAD对象（NetworkAttachmentDefinition）,对象中指明了使用macvlan的方式为pod构建容器网络环境，ipam(ip地址分配)使用的是最普通的host-local，子网cidr为192.168.1.0/24，还设置了rangeStart和 rangeEnd进一步明确分配地址的范围:

apiVersion: "k8s.cni.cncf.io/v1"
kind: NetworkAttachmentDefinition
metadata:
  name: macvlan-conf
spec:
  config: '{
      "cniVersion": "0.3.0",
      "type": "macvlan",
      "master": "eth0",
      "mode": "bridge",
      "ipam": {
        "type": "host-local",
        "subnet": "192.168.1.0/24",
        "rangeStart": "192.168.1.200",
        "rangeEnd": "192.168.1.216",
        "routes": [
          { "dst": "0.0.0.0/0" }
        ],
        "gateway": "192.168.1.1"
      }
    }'

然后创建pod，pod的k8s.v1.cni.cncf.io/networks注解中指明nad对象的名字，
pod.yaml:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: samplepod
  annotations:
    k8s.v1.cni.cncf.io/networks: macvlan-conf #注意
spec:
  containers:
  - name: samplepod
    command: ["/bin/ash", "-c", "trap : TERM INT; sleep infinity & wait"]
    image: alpine

运行：

kubectl apply -f pod.yaml
kubectl exec -it samplepod -- ip a

在pod中看到有三张网卡：
lo: loopback 网卡，默认容器里里面都有；
eth0：k8s默认的网络插件创建的网卡；
net1：使用macvlan配置创建的网卡。
你也可以在pod的注解中看到pod的网络状态信息：

kubectl get po samplepod -o yaml
只看注解部分
Annotations:        k8s.v1.cni.cncf.io/networks: macvlan-conf
                    k8s.v1.cni.cncf.io/network-status:
                      [{
                          "name": "cbr0",
                          "ips": [
                              "10.244.1.73"
                          ],
                          "default": true,
                          "dns": {}
                      },{
                          "name": "macvlan-conf",
                          "interface": "net1",
                          "ips": [
                              "192.168.1.205"
                          ],
                          "mac": "86:1d:96:ff:55:0d",
                          "dns": {}
                      }]

其中k8s.v1.cni.cncf.io/network-status注解内容是个数组，第一个元素之是k8s 默认网络插件构建的容器网络环境的信息，第二个元素就是macvlan的信息，里面包含了ip地址、mac地址信息和网卡名称等。