爲啥Underlay纔是容器網絡的最佳落地選擇

導語：

幾年前，當博雲啓動自研容器網絡研發的時候，除了技術選型的考慮，咱們對於先作 Underlay 仍是 Overlay 網絡也有過深度的討論。當時的開源社區以及主流容器廠商，多數仍是以 Overlay 網絡方案爲主，但在咱們對衆多客戶真正需求的深刻了解以後，發現部分客戶對容器內外網絡直通有着很是強烈的需求。思慮再三，咱們決定仍是先作 Underlay 網絡（後來又作了Overlay）。隨着行業與公司自身的發展，咱們建設實施的項目愈來愈多，這讓咱們對容器網絡的思考也愈來愈深刻，從而觀點也愈來愈清晰：

內外直通的Underlay網絡纔是容器網絡的正確打開方式。

01

從需求出發，考慮容器網絡方案

如上圖所示，這是目前企業微服務容器化部署的典型場景，也是驅動咱們作 Underlay網絡的直接緣由：

服務部署在Kubernetes集羣內部（如圖：服務一、服務2）；

數據庫、註冊中心、Redis、MQ等組件部署在集羣以外；

部分服務也可能部署在集羣以外, 好比容器平臺試用階段（如圖：服務3）

這些服務和組件，須要能直接互聯互通。

如若須要知足以上需求，最簡單有效的方案就是直接把 Kubernetes 內外網絡打通，也就是採用 Underlay 網絡模式。

固然，如上需求也有別的辦法能夠解決。好比，細化分析服務和組件間的流量，採用ingress、egress，包括改寫應用代碼等方式，在特定狀況下，這也是能夠用的。然而，一方面，這些都是特定場景下的特定解決方案，缺少必定的通用性；另外一方面，容易出現配置複雜、引入額外風險、出錯難以定位等問題。遠遠沒有經過Underlay網絡直接將內外網打通這麼簡單有效。

還有另外的辦法就是將全部服務和組件都放入Kubernetes集羣內部，可是這種方案還是針對特定場景的非通用方案，很難保證企業全部的應用都在一個Kubernetes集羣裏。

一樣，對於容器內外網絡直接互聯互通的需求場景還有：

特定用途的Kubernetes集羣對外提供服務。好比專門用做提供PaaS中間件服務的Kubernetes集羣、專門用做CI/CD服務的Kubernetes集羣、專門用做提供大數據服務的Kubernetes集羣等；

跨多集羣的服務/組件互聯互通；

爲了在試點階段下降風險，部分服務跑在集羣內、部分服務跑在集羣外等場景。

02

與虛擬機對比，從容器本質考慮容器網絡方案

在容器的應用實踐過程當中，除了應用場景，咱們也從底層基礎設施的角度對容器進行了持續的思考。

從基礎設施的角度看容器：容器和虛擬機的本質都是同樣的，是上層應用的承載基礎設施。

所以，從底層角度看，對容器網絡的需求跟虛擬機是一致的。那麼，虛擬機網絡的落地模式是怎樣的呢?

如上圖右側部分所示，IaaS層的落地網絡方案能夠認爲是有行業標準的，不論是基於VMware 仍是 OpenStack，基本都是採用OVS（或相似OVS）的二層 Underlay 網絡方案。

所以，從基礎設施的角度往上看，容器網絡採用跟 IaaS 相似的方案，即將虛擬機和容器放到同一個網絡層面上，是最合理的選擇。

PS：在公有云上，虛擬機都在VPC裏，所以目前公有云的容器網絡方案，也是主要採用將容器和虛擬機放到同一個VPC中，能夠直接互聯互通的方案。這也是對上述判斷的典型證實。

同時，對於部分客戶反饋的 Unberlay 網絡佔用 IP 地址過多的問題，從虛擬機和容器的對比角度，也能夠得到合理的解釋：若是使用虛擬機部署，佔用 IP 地址數量與容器 Underlay 網絡是同樣的。IP 地址的數量是由應用數量決定的，使用容器並無引入多餘 IP 地址佔用。另外，Ipv6已經開始規模落地，在Ipv6時代，IP 地址數量將不會是問題。

03

技術方案選型

容器典型的開源 Unberlay 網絡選型方案有 Calico 和 MACVLAN，這兩個方案的問題也比較明顯：

Calico：須要在數據中心路由器（或三層交換機）打開 BGP 路由協議，而 BGP 是廣域網的路由協議，通常在數據中心內部不會啓動，低端三層交換機/路由器對齊的支持狀況也有風險。

MACVLAN：幾年前有部分客戶採用此容器網絡方案，MACVLAN最大的問題就是社區活躍度已經很低，一些問題長期沒有在社區中解決。同時，面向將來的擴展性也比較差。

以上也是博雲基於 OVS 自研 Underlay（也支持Overlay）網絡的緣由。

04

總結

在容器網絡方案中，Overlay網絡方案有着對底層網絡要求低（落地過程不須要跟網絡部門打交道）、落地容易、IP地址佔用少等特色，也有本身適用的特性需求場景。可是隨着愈來愈多的客戶將 Kubernetes 和容器大規模應用到生產環境中，博雲客戶中選擇使用 Underlay 網絡模式的比例也愈來愈高。這讓咱們更加明確認識到：

內外直通的Underlay網絡纔是容器網絡的正確打開方式。

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