聊聊 Flannel UDP

什么是Flannel

Flannel是一种跨主机容器间的网络通信方案，本身只是一个框架，真正提供网络功能的是其具体的后端实现

Flannel的后端实现有哪几种？

• UDP

• VXLAN

• host-gw

Flannel TUN设备的作用是什么？

Flannel会在宿主机上创建一个flannel0设备，它是一个TUN设备，TUN设备工作在三层，用来在操作系统内核和应用程序之间传递IP包。

Flannel中的子网是？

要想找到另一个容器，我们必须先找到另一个容器的宿主机IP，这就依靠Flannel中的子网，子网与宿主机的关系均被保存在Etcd中。

$ etcdctl ls coreos.com/network/subnets

/coreos.com/network/subnets/100.96.1.0-24
/coreos.com/network/subnets/100.96.2.0-24
/coreos.com/network/subnets/100.96.3.0-24


$ etcdctl get/coreos.com/network/subnets/100.96.2.0-24
{"PublicIP":"10.168.0.3"}

Flannel UDP网络通信过程分析

1. 从容器中eth0网卡到docker0的过程，我们不再赘述，详情请看谈谈同主机容器间的网络通信

2. 当数据包到达宿主机时，会查找宿主机的路由表，如下假设我们访问的容器IP是100.96.2.5，根据路由规则会匹配到第二条规则，从而进入到flannel0设备

$ ip route

default via 10.168.0.1 dev eth0
100.96.0.0/16 dev flannel0  proto kernel  scope link  src 100.96.1.0
100.96.1.0/24 dev docker0  proto kernel  scope link  src 100.96.1.1
10.168.0.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 10.168.0.2

1. flannel0设备在收到数据包以后，会交给创建该设备的Flannel进程

2. Flannel进程在收到数据包后，发现目的IP是100.96.2.5，根据Etcd维护的子网信息，可以找到容器对应的宿主机IP是10.168.0.3

3. Flannel在获取到上述信息后，会重新对数据包进行UDP封包，此时UDP的源地址就是请求容器的宿主机IP地址，目的地址是目的容器对应宿主机的IP，每台装有flanneld的主机都会监听8285端口，因此只需要将数据包发往目的主机的8285端口即可

4. 此时只要源主机和目的主机网络是相通的，数据包即可被正常发送到目的主机

Flannel UDP模式下的通信图如下：

Flannel UDP模式的缺点

Flannel UDP模式最大的缺点是在发包过程中存在3次内核态和用户态的数据拷贝，上下文的切换和数据的拷贝代价都是极高的，如下图：

1. 第一次是用户容器进程发出的IP包经过docker0网桥从用户态进入内核态

2. IP包在进入TUN设备后，从内核态回到用户态的Flannel进程（即flanneld）

3. flanneld重新封包UDP后，重新进入内核态，从而由宿主机的eth0网卡发往目的宿主机

到达目的主机后的解封装是逆向过程。

由于UDP模式存在极大的性能损耗，这种模式已基本被废弃，取而代之的是VXLAN，VXLAN可以模式可以完全在内核态进行上述的封包和解封工作。

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