【kubernetes/k8s概念】CNI详解

雨点打透心脏的1/2处 2022-05-12 03:30 297阅读 0赞

# **1、为什么CNI** #

CNI是Container Network Interface的是一个标准的，通用的接口。现在容器平台：docker，kubernetes，mesos，容器网络解决方案：flannel，calico，weave。只要提供一个标准的接口，就能为同样满足该协议的所有容器平台提供网络功能，而CNI正是这样的一个标准接口协议。

# **2、什么CNI** #

CNI用于连接容器管理系统和网络插件。提供一个容器所在的network namespace，将network interface插入该network namespace中（比如veth的一端），并且在宿主机做一些必要的配置（例如将veth的另一端加入bridge中），最后对namespace中的interface进行IP和路由的配置。

CNI的工作是从容器管理系统处获取运行时信息，包括network namespace的路径，容器ID以及network interface name，再从容器网络的配置文件中加载网络配置信息，再将这些信息传递给对应的插件，由插件进行具体的网络配置工作，并将配置的结果再返回到容器管理系统中。

# **3、怎么CNI** #

**     **CNI插件是可执行文件，会被kubelet调用。启动kubelet --network-plugin=cni，--cni-conf-dir 指定networkconfig配置，默认路径是：/etc/cni/net.d，并且，--cni-bin-dir 指定plugin可执行文件路径，默认路径是：/opt/cni/bin；

CNI plugin 只需要通过 CNI 库实现两类方法, 一类事创建容器时调用, 一类是删除容器时调用.

[![cni plugin][]][cni plugin 1]

## （1）、编译安装CNI ##

官方提供了三种类型的插件：main，meta和ipam：

*   main插件：提供某种网络功能，比如使用的brdige，以及loopback，ipvlan，macvlan等等
 *   meta插件：不能作为独立的插件使用，需要调用其他插件，例如flannel，或者配合其他插件使用，例如portmap
 *   ipam插件：对所有CNI插件共有的IP管理部分的抽象，从而减少插件编写过程中的重复工作，官方提供的有dhcp和host-local两种类型

git clone https://github.com/containernetworking/plugins.git
    ./build.sh

## （2）、创建配置文件 ##

工作目录/etc/cni/net.d默认的网络配置文件目录，从中加载配置文件进行容器网络的创建

# cat >/etc/cni/net.d/10-mynet.conflist <<EOF
    {
            "cniVersion": "0.3.0",
            "name": "mynet",
            "plugins": [
              {
                    "type": "bridge",
                    "bridge": "cni0",
                    "isGateway": true,
                    "ipMasq": true,
                    "ipam": {
                            "type": "host-local",
                            "subnet": "10.22.0.0/16",
                            "routes": [
                                    { "dst": "0.0.0.0/0" }
                            ]
                    }
              }
            ]
    }
    EOF
    
    
    # cat >/etc/cni/net.d/99-loopback.conf <<EOF
    {
        "cniVersion": "0.3.0",
        "type": "loopback"
    }
    EOF

*  cniVersion（string）：指定了插件使用的CNI版本
 *  name （string）：Network name。这应该在整个管理域中都是唯一的
 *  type （string）：插件类型，也代表了CNI插件可执行文件的文件名
 *  args （dictionary）：由容器运行时提供的可选的参数。比如，可以将一个由label组成的dictionary传递给CNI插件，通过在args下增加一个labels字段来实现
 *  ipMasqs (boolean)：可选项（如果插件支持的话）。为network在宿主机创建IP masquerade。如果需要将宿主机作为网关，为了能够路由到容器分配的IP，这个字段是必须的
 *  ipam：由特定的IPAM值组成的dictionary
    
     *  type （string）：IPAM插件的类型，也表示IPAM插件的可执行文件的文件名
 *  dns：由特定的DNS值组成的dictionary
    
     *  nameservers (list of strings)：一系列对network可见的，以优先级顺序排列的DNS nameserver列表。列表中的每一项都包含了一个IPv4或者一个IPv6地址
     *  domain （string）：用于查找short hostname的本地域
     *  search （list of strings）：以优先级顺序排列的用于查找short domain的查找域。对于大多数resolver，它的优先级比domain更高
     *  options（list of strings）：一系列可以被传输给resolver的可选项

## （3）、模拟CNI的执行过程，创建network namespace ##

cnitool是一个模拟程序，创建一个ns的network namespace，模拟一个新创建的容器，再调用cnitool对该network namespace进行网络配置，从而模拟一个新建的容器加入一个容器网络的过程

git clone https://github.com/containernetworking/cni.git
    ./build.sh

export CNI_PATH=$GOPATH/src/github.com/containernetworking/plugins/bin
    
    ip netns add ns
    
    # ./cnitool add mynet /var/run/netns/ns
    {
        "cniVersion": "0.3.0",
        "interfaces": [
            {
                "name": "cni0",
                "mac": "f2:62:59:82:c0:b7"
            },
            {
                "name": "veth3ad23ebb",
                "mac": "ba:d8:65:00:23:92"
            },
            {
                "name": "eth0",
                "mac": "fa:c8:0f:b8:83:3f",
                "sandbox": "/var/run/netns/ns"
            }
        ],
        "ips": [
            {
                "version": "4",
                "interface": 2,
                "address": "10.22.0.2/16",
                "gateway": "10.22.0.1"
            }
        ],
        "routes": [
            {
                "dst": "0.0.0.0/0"
            }
        ],
        "dns": {}
    }

cnitool的执行结果，返回一个包含了interface，IP，路由等等各种信息的

# ip netns exec ns ifconfig
    eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
            inet 10.22.0.2  netmask 255.255.0.0  broadcast 0.0.0.0
            ether fa:c8:0f:b8:83:3f  txqueuelen 0  (Ethernet)
            RX packets 2  bytes 84 (84.0 B)
            RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
            TX packets 1  bytes 42 (42.0 B)
            TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

# **4、源码分析** #

（1）、kubelet启动时，调用InitNetworkPlugin初始化网络插件

plug, err := network.InitNetworkPlugin(kubeDeps.NetworkPlugins, crOptions.NetworkPluginName, &criNetworkHost{&networkHost{klet}, &network.NoopPortMappingGetter{}}, hairpinMode, nonMasqueradeCIDR, int(crOptions.NetworkPluginMTU))
    if err != nil {
       return nil, err
    }

## 参考： ##

[https://github.com/keontang/k8s-notes/blob/master/kubernetes-network.md][https_github.com_keontang_k8s-notes_blob_master_kubernetes-network.md]

[https://github.com/containernetworking/plugins][https_github.com_containernetworking_plugins]

[https://github.com/containernetworking/cni][https_github.com_containernetworking_cni]

[cni plugin]: /images/20220512/013cd12266d54cbbbf822b34e9bc885c.png
[cni plugin 1]: https://github.com/keontang/k8s-notes/blob/master/pics/cni_plugin.jpg
[https_github.com_keontang_k8s-notes_blob_master_kubernetes-network.md]: https://github.com/keontang/k8s-notes/blob/master/kubernetes-network.md
[https_github.com_containernetworking_plugins]: https://github.com/containernetworking/plugins
[https_github.com_containernetworking_cni]: https://github.com/containernetworking/cni