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K8S之Flannel的vxlan网络模式初步源码解析
简介
之前详细解析过Flannel的vxlan模式的网络通信原理，本篇将继续深入结合源码进行探索
前情提要
阅读本文需要知道flannel vxlan网络模式的网络请求路径，可以参考以前博主写的文章：K8S探索之Service+Flannel本机及跨主机网络访问原理详解
本篇的示例场景还是之前文章中的图，如下：
在主节点121.4.190.84，直接是可以ping通容器ip：10.244.1.8
➜ ~ ping 10.244.1.8 PING 10.244.1.8 (10.244.1.8) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 10.244.1.8: icmp_seq=1 ttl=63 time=29.3 ms 64 bytes from 10.244.1.8: icmp_seq=2 ttl=63 time=29.3 ms 64 bytes from 10.244.1.8: icmp_seq=3 ttl=63 time=29.3 ms- 1
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本篇就以121.4.190.84 --> 10.244.1.8的网络请求路径开始探索下flannel的相关源码
源码探索
初始启动配置vxlan网卡
在主节点121.4.190.84，ping10.244.1.8时，由于后者不是公网ip，所以是不能直接ping的，在vxlan网络模式下，是将请求交给了vxlan网卡进行封包，封了一层后，包的请求目的地址换成了目标公网ip和vxlan的监听端口
在初次启动时，肯定得是vxlan网卡的添加了，手动配置的命令类似如下：
ip link add vxlan0 type vxlan \ id 42 \ dstport 4789 \ dev enp0s8 \ ......- 1
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flannel初次启动的时候肯定是要配置自己的vxlan，在机器上我们可以看到：
➜ ~ ifconfig flannel.1: flags=4163- 1
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在上面的查看中我们可以看flannel的vxlan网卡信息：vxlan id 1 local 172.17.16.14 dev eth0 srcport 0 0 dstport 8472 nolearning ageing 300 noudpcsum noudp6zerocsumtx noudp6zerocsumrx addrgenmode eui64 numtxqueues 1 numrxqueues 1 gso_max_size 65536 gso_max_segs 65535
使用的是宿主机的ip 172.17.16.14和网卡，监听在8472端口，所以需要我们的机器在配置的时候开放8472端口，其他的参数各位有兴趣的话可以去查一查
通过相关的关键字“flannel.”在源码中搜索，在源码的目录：backend/vxlan下的vxlan.go看到一个关键函数：
func (be *VXLANBackend) RegisterNetwork(ctx context.Context, wg *sync.WaitGroup, config *subnet.Config) (backend.Network, error) { // Parse our configuration cfg := struct { VNI int Port int GBP bool Learning bool DirectRouting bool }{ VNI: defaultVNI, } if len(config.Backend) > 0 { if err := json.Unmarshal(config.Backend, &cfg); err != nil { return nil, fmt.Errorf("error decoding VXLAN backend config: %v", err) } } log.Infof("VXLAN config: VNI=%d Port=%d GBP=%v Learning=%v DirectRouting=%v", cfg.VNI, cfg.Port, cfg.GBP, cfg.Learning, cfg.DirectRouting) var dev, v6Dev *vxlanDevice var err error if config.EnableIPv4 { devAttrs := vxlanDeviceAttrs{ vni: uint32(cfg.VNI), name: fmt.Sprintf("flannel.%v", cfg.VNI), vtepIndex: be.extIface.Iface.Index, vtepAddr: be.extIface.IfaceAddr, vtepPort: cfg.Port, gbp: cfg.GBP, learning: cfg.Learning, } dev, err = newVXLANDevice(&devAttrs) if err != nil { return nil, err } dev.directRouting = cfg.DirectRouting } if config.EnableIPv6 { v6DevAttrs := vxlanDeviceAttrs{ vni: uint32(cfg.VNI), name: fmt.Sprintf("flannel-v6.%v", cfg.VNI), vtepIndex: be.extIface.Iface.Index, vtepAddr: be.extIface.IfaceV6Addr, vtepPort: cfg.Port, gbp: cfg.GBP, learning: cfg.Learning, } v6Dev, err = newVXLANDevice(&v6DevAttrs) if err != nil { return nil, err } v6Dev.directRouting = cfg.DirectRouting } subnetAttrs, err := newSubnetAttrs(be.extIface.ExtAddr, be.extIface.ExtV6Addr, uint16(cfg.VNI), dev, v6Dev) if err != nil { return nil, err } lease, err := be.subnetMgr.AcquireLease(ctx, subnetAttrs) switch err { case nil: case context.Canceled, context.DeadlineExceeded: return nil, err default: return nil, fmt.Errorf("failed to acquire lease: %v", err) } // Ensure that the device has a /32 address so that no broadcast routes are created. // This IP is just used as a source address for host to workload traffic (so // the return path for the traffic has an address on the flannel network to use as the destination) if config.EnableIPv4 { if err := dev.Configure(ip.IP4Net{IP: lease.Subnet.IP, PrefixLen: 32}, config.Network); err != nil { return nil, fmt.Errorf("failed to configure interface %s: %w", dev.link.Attrs().Name, err) } } if config.EnableIPv6 { if err := v6Dev.ConfigureIPv6(ip.IP6Net{IP: lease.IPv6Subnet.IP, PrefixLen: 128}, config.IPv6Network); err != nil { return nil, fmt.Errorf("failed to configure interface %s: %w", v6Dev.link.Attrs().Name, err) } } return newNetwork(be.subnetMgr, be.extIface, dev, v6Dev, ip.IP4Net{}, lease) }- 1
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其中的vni，port之类令人熟悉，于是我们追踪其调用链路，发现其实在系统启动时的main函数中进行调用的，符合我们的猜测，是在flannel启动时进行配置
接着反过来
其中还发现了，linux和Windows有不同的实现文件，而不同系统好像是通过下面的源码中的关键字生效的,又学到了一手
//go:build !windows // +build !windows- 1
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当然其中还有很多的细节，留待后面探索，本篇先初步关键请求链路熟悉下源码，知道了核心路径后，出问题想查看的话，能提供思路上的帮助
路由和fdb的自动配置
在上面配置好vxlan网卡后，我们的请求经过大致如下：
- 请求10.244.1.8，转到本机的vxlan网卡flannel.1进行处理
- 将目标公网ip：106.55.227.160作为封包后的目标ip
上面两步都需要进行配置，首先1是要配置本机的路由，让10.244.1.8的请求转到网卡flannel.1进行处理，我们查看机器上的路由，确实是有，如下：
➜ ~ route Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface 10.244.1.0 10.244.1.0 255.255.255.0 UG 0 0 0 flannel.1 10.244.4.0 10.244.4.0 255.255.255.0 UG 0 0 0 flannel.1- 1
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其中就吧10.244.1.0/24 这个网段都交给了网卡flannel.1进行处理
路由配置这一步，得是flannel进行处理，如新增了一台机器（目前试验下来，一台机器对应一个子网），需要添加相关的路由
第二步也很关键，请求的是10.244.1.8，vxlan怎么知道目标地址是公网：106.55.227.160，这个是通过fdb进行实现的（vxlan这个功能都是操作系统已经有的，如果看到这迷糊，需要仔细再阅读下vxlan的原理介绍，可参考书籍：《Kubenetes网络权威指南：基础、原理与实践》），我们参考flannel的fdb可以看到：
➜ ~ bridge fdb show dev flannel.1 da:a9:48:cb:15:3b dst 106.55.227.160 self permanent c6:8a:3b:81:2f:d1 dst 121.37.246.218 self permanent # 添加命令 bridge fdb append da:a9:48:cb:15:3b dev flannel.0 dst 106.55.227.160- 1
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上面的fdb就是目标机器人Mac地址和公网ip的关系，如da:a9:48:cb:15:3b对应的就是106.55.227.160，而106.55.227.160是机器106.55.227.160的vxlan网卡:
➜ ~ ifconfig flannel.1: flags=4163- 1
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那还有一个疑问，我请求的10.244.1.8，你怎么要请求发到106.55.227.160的vxlan网卡上，这个就是arp起的作用了，我们查看arp如下：
➜ ~ ip neigh 10.244.1.0 dev flannel.1 lladdr da:a9:48:cb:15:3b PERMANENT # 添加命令 ip neigh add 10.244.1.0 lladdr da:a9:48:cb:15:3b flannel.1- 1
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大致的意思就是告诉这个ip的Mac地址是多少
通过上面的描述，我们知道了更详情的请求处理路径如下：
- ping 10.244.1.8
- 通过路由表配置，得到目标网络为10.224.1.0的都交给vxlan网卡处理
- 通过arp配置：10.224.1.0在arp中得到其对应目标机器Mac地址
- 通过fdb配置：得到Mac地址对应的ip地址
这样，请求就成功的抵达对面了
下面我们看下flannel中的相关源码
首先我们在运行日志中看到一个监听类型启动成功的日志：watching for new subnet leases
➜ ~ kubectl logs kube-flannel-ds-vwn7x -n kube-system I0707 04:00:26.313804 1 main.go:533] Using interface with name eth0 and address 172.17.16.14 I0707 04:00:26.313867 1 main.go:546] Using 121.4.190.84 as external address W0707 04:00:26.313888 1 client_config.go:608] Neither --kubeconfig nor --master was specified. Using the inClusterConfig. This might not work. I0707 04:00:26.419108 1 kube.go:116] Waiting 10m0s for node controller to sync I0707 04:00:26.419153 1 kube.go:299] Starting kube subnet manager I0707 04:00:27.419250 1 kube.go:123] Node controller sync successful I0707 04:00:27.419274 1 main.go:254] Created subnet manager: Kubernetes Subnet Manager - crio-master I0707 04:00:27.419279 1 main.go:257] Installing signal handlers I0707 04:00:27.419343 1 main.go:392] Found network config - Backend type: vxlan I0707 04:00:27.419401 1 vxlan.go:123] VXLAN config: VNI=1 Port=0 GBP=false Learning=false DirectRouting=false I0707 04:00:27.439715 1 main.go:307] Setting up masking rules I0707 04:00:27.520123 1 main.go:315] Changing default FORWARD chain policy to ACCEPT I0707 04:00:27.520207 1 main.go:323] Wrote subnet file to /run/flannel/subnet.env I0707 04:00:27.520223 1 main.go:327] Running backend. I0707 04:00:27.520233 1 main.go:345] Waiting for all goroutines to exit I0707 04:00:27.520258 1 vxlan_network.go:59] watching for new subnet leases- 1
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直接在源码中找到：
# 注意是在vxlan_network.go文件中 func (nw *network) Run(ctx context.Context) { wg := sync.WaitGroup{} log.V(0).Info("watching for new subnet leases") events := make(chan []subnet.Event) wg.Add(1) go func() { subnet.WatchLeases(ctx, nw.subnetMgr, nw.SubnetLease, events) log.V(1).Info("WatchLeases exited") wg.Done() }() defer wg.Wait() for { evtBatch, ok := <-events if !ok { log.Infof("evts chan closed") return } nw.handleSubnetEvents(evtBatch) } }- 1
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大意是启动了一个协程去获取容器添加（通过之前的分析，机器增加和容器增加应该要维护路由/arp/fdb表）引起的事件，在当前线程中进行事件的相关处理
使用channel进行同步通信实现，一个写一个读
subnet.WatchLeases(ctx, n.SM, n.SubnetLease, evts)，在查看的过程中还有两种不同的实现，分别是local和kubenetes，猜测前者是不依赖与kubenetes的，单独部署的情况下启动的，这部分就不分析，kubenetes的源码还没有开始搞，留待日后分析
看看事件处理的函数，下面是处理网络添加相关：
func (nw *network) handleSubnetEvents(batch []subnet.Event) { for _, event := range batch { sn := event.Lease.Subnet v6Sn := event.Lease.IPv6Subnet attrs := event.Lease.Attrs if attrs.BackendType != "vxlan" { log.Warningf("ignoring non-vxlan v4Subnet(%s) v6Subnet(%s): type=%v", sn, v6Sn, attrs.BackendType) continue } var ( vxlanAttrs, v6VxlanAttrs vxlanLeaseAttrs directRoutingOK, v6DirectRoutingOK bool directRoute, v6DirectRoute netlink.Route vxlanRoute, v6VxlanRoute netlink.Route ) # 路由添加相关的 if event.Lease.EnableIPv4 && nw.dev != nil { if err := json.Unmarshal(attrs.BackendData, &vxlanAttrs); err != nil { log.Error("error decoding subnet lease JSON: ", err) continue } // This route is used when traffic should be vxlan encapsulated vxlanRoute = netlink.Route{ LinkIndex: nw.dev.link.Attrs().Index, Scope: netlink.SCOPE_UNIVERSE, Dst: sn.ToIPNet(), Gw: sn.IP.ToIP(), } vxlanRoute.SetFlag(syscall.RTNH_F_ONLINK) // directRouting is where the remote host is on the same subnet so vxlan isn't required. directRoute = netlink.Route{ Dst: sn.ToIPNet(), Gw: attrs.PublicIP.ToIP(), } if nw.dev.directRouting { if dr, err := ip.DirectRouting(attrs.PublicIP.ToIP()); err != nil { log.Error(err) } else { directRoutingOK = dr } } } ······ # arp和fdb添加相关的 switch event.Type { case subnet.EventAdded: if event.Lease.EnableIPv4 { if directRoutingOK { log.V(2).Infof("Adding direct route to subnet: %s PublicIP: %s", sn, attrs.PublicIP) if err := netlink.RouteReplace(&directRoute); err != nil { log.Errorf("Error adding route to %v via %v: %v", sn, attrs.PublicIP, err) continue } } else { log.V(2).Infof("adding subnet: %s PublicIP: %s VtepMAC: %s", sn, attrs.PublicIP, net.HardwareAddr(vxlanAttrs.VtepMAC)) if err := nw.dev.AddARP(neighbor{IP: sn.IP, MAC: net.HardwareAddr(vxlanAttrs.VtepMAC)}); err != nil { log.Error("AddARP failed: ", err) continue } if err := nw.dev.AddFDB(neighbor{IP: attrs.PublicIP, MAC: net.HardwareAddr(vxlanAttrs.VtepMAC)}); err != nil { log.Error("AddFDB failed: ", err) // Try to clean up the ARP entry then continue if err := nw.dev.DelARP(neighbor{IP: event.Lease.Subnet.IP, MAC: net.HardwareAddr(vxlanAttrs.VtepMAC)}); err != nil { log.Error("DelARP failed: ", err) } continue } // Set the route - the kernel would ARP for the Gw IP address if it hadn't already been set above so make sure // this is done last. if err := netlink.RouteReplace(&vxlanRoute); err != nil { log.Errorf("failed to add vxlanRoute (%s -> %s): %v", vxlanRoute.Dst, vxlanRoute.Gw, err) // Try to clean up both the ARP and FDB entries then continue if err := nw.dev.DelARP(neighbor{IP: event.Lease.Subnet.IP, MAC: net.HardwareAddr(vxlanAttrs.VtepMAC)}); err != nil { log.Error("DelARP failed: ", err) } if err := nw.dev.DelFDB(neighbor{IP: event.Lease.Attrs.PublicIP, MAC: net.HardwareAddr(vxlanAttrs.VtepMAC)}); err != nil { log.Error("DelFDB failed: ", err) } continue } } } ······ case subnet.EventRemoved: ······ default: log.Error("internal error: unknown event type: ", int(event.Type)) } } }- 1
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如上所示，在源码中也找到了route、arp、fdb相关的配置，猜测得到了印证
总结
本篇文章中通过分析ip请求的路径，结合如何手动配置，然后去找对应的源码进行印证，大致找到了flannel源码的vxlan核心代码，但没有具体分析，这个感觉还是需要时间和精力的，所以本篇就初步探索下，细节日后分析
总结来说核心就是基于操作系统的vxlan，使用程序代替手动配置route、arp、fdb表，实现了跨主机的容器通信：
- ping 10.244.1.8
- 通过路由表配置，得到目标网络为10.224.1.0的都交给vxlan网卡处理
- 通过arp配置：10.224.1.0在arp中得到其对应目标机器Mac地址
- 通过fdb配置：得到Mac地址对应的ip地址
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/github_35735591/article/details/126327532
