calico网络模型中的路由原理

calico的部署

1、下载模板
wget https://docs.projectcalico.org/v3.1/getting-started/kubernetes/installation/hosted/kubeadm/1.7/calico.yaml

可以得到一份calico官方提供的v3.1版本calico的部署模板（基于kubeadm）。当然里面都是社区的镜像，我们可以替换成本地镜像.建议到网易云的景象中心下载，很多其他的国内镜像仓库都不做维护了。

2、启/禁用 ip-ip

目前官方提供的模板里，默认打开了ip-ip功能，该功能会在node上创建一个设备：tunl0，容器的网络数据会经过该设备被封装一个ip头再转发。这里，calico.yaml中通过修改calico-node的环境变量：CALICO_IPV4POOL_IPIP来实现ipip功能的开关：默认是Always，表示开启；Off表示关闭ipip; cross-subnet表示开启并支持跨子网，目前用不到这种类型。
sed -i "s#Always#Off#g" calico.yaml

3、部署：

注意：部署前，要配置一个参数，让calico-node组件能够识别node的IP，node上可能有多块网卡，官方提供的yaml文件中，ip识别策略（IPDETECTMETHOD）没有配置，即默认为first-found，这会导致一个网络异常的ip作为nodeIP被注册，从而影响node-to-node mesh。我们可以修改成can-reach的策略，尝试连接某一个Ready的node的IP，以此选择出正确的IP。

为了方便，下面的脚本里，我以任意一个node的ip地址为reach 地址

connective_ip=`kubectl get node -o wide |grep Ready |head -n1 |awk '{print $6}'`
sed -i  -rn 'p;/name: IP/,/autodetect/H;/autodetect/{g;s/^\n//;p}' calico.yaml 
sed -i '1,/name: IP/{s/name: IP/name: IP_AUTODETECTION_METHOD/}' calico.yaml
sed -i '1,/\"autodetect\"/{s/\"autodetect\"/can-reach=__ONE_CONNECTIVE_ENDPOINT__/}' calico.yaml
sed -i "s#__ONE_CONNECTIVE_ENDPOINT__#$connective_ip#g" calico.yaml

执行：
kubectl apply -f calico.yaml

4、calico使用过程中的一些其他点

1. calico以ipip模式部署完毕后，node上会有一个tunl0的网卡设备，这是ipip做隧道封装用的。当我们把节点下线，calico容器都停止后，这个设备依然还在，执行 rmmod ipip 命令可以将它删除（如果calico-node仍在运行，会自动再建一个新的）
2. calico部署完毕后，其数据记录在calico-etcd容器运行节点的/var/etcd/calico-data目录中，如果要完全清理集群中的etcd数据，需要将该目录删除。
3. calico支持以kubernetes为存储后端，以这种方式部署时，calico不再需要额外部署etcd，而是将数据以CRD的方式存到k8s中。calico的组件依赖kubeconfig与k8s交互。在这种模式下，部署calico需要执行：

wget https://docs.projectcalico.org/v3.1/getting-started/kubernetes/installation/hosted/kubernetes-datastore/calico-networking/1.7/calico.yaml
wget https://docs.projectcalico.org/v3.1/getting-started/kubernetes/installation/hosted/rbac-kdd.yaml
kubectl apply -f rbac-kdd.yaml
kubectl apply -f calico.yaml

此处下载的calico.yaml 仍可以参照上文的部署方式进行ipip、ip pool等的定制化。

calico bgp 网络

通过bgp方式部署好calico后，我们在集群中创建几个pod：

root@k8s-calico1:~# pods 
NAMESPACE     NAME                                       READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP                NODE
huang1        huangtest-69d9fddd97-cbzbm                 1/1       Running   0          20m       192.168.211.1     k8s-calico4
huang1        huangtest-69d9fddd97-pbvvw                 1/1       Running   0          3m        192.168.210.194   k8s-calico3
huang2        hhh-6897d64fcd-4zph4                       1/1       Running   0          1d        192.168.97.2      k8s-calico2

我们在k8s-calico2这个node上来看。执行ip r, 在这个node的路由中，需要我们关注的有：

192.168.97.2 dev calic285cddbb40 scope link 
blackhole 192.168.97.0/26 proto bird 
192.168.210.192/26 via 10.173.32.26 dev eth0 proto bird 
192.168.211.0/26 via 10.173.32.25 dev eth0 proto bird

192.168.97.2 dev calic285cddbb40 scope link 这条路由将通向容器ip的请求导向veth：calic285cddbb40 ,进而让请求直达容器内的网卡。
blackhole 192.168.97.0/26 proto bird 表示发往192.168.97.0/26网段的报文都会被丢弃且不会回复源端。配置这条路由的原因是：这台机器上的calico网络可分配的cidr是192.168.97.0/26，容器里访问同网段的其他IP时，配置该路由以避免报文被发到外部。
最后两条，分别记录了：要访问calico网络中的某个网段，需要以对应的node IP为网关，通过eth0发包。也就是说通过这两条路由，可以将部分网段（目的IP）的包经由eth0发送到正确的地方。

我们可以这么理解：pod hhh-6897d64fcd-4zph4中ping huangtest-69d9fddd97-pbvvw时，流量是这么走的：

0、数据包封装完成，srcip：192.168.97.2 ， destip：192.168.210.194
1、容器中只有eth0网卡，容器里ip r 看到的是default **** dev eth0，所以流量通过容器的eth0发送。
2、容器网卡的配置是通过vethpair做的，也就是说，容器里网卡发的包，在宿主机上都会被calic285cddbb40设备发出。
3、通过第2步，网络报文就在宿主机的网络中，受宿主机路由影响，192.168.210.192/26 via 10.173.32.26 dev eth0 proto bird这条路由会将数据从eth0转发，并发给路由中记录的网关：10.173.32.26（这个ip，就是pod huangtest-69d9fddd97-pbvvw所在的node：k8s-calico3 的ip）
4、10.173.32.26是node：k8s-calico3上eth0的ip，收到包后，在机器自身的路由表中寻找合理的路由,当然这个地方也会有路由：192.168.210.194 dev calif6874dae1d2 scope link，于是包顺利被对端接收

calico ipip 网络

我们通过ip-ip模式部署calico，然后将原有的pod全部删掉重建，如下：

root@k8s-calico1:~# pods 
NAMESPACE     NAME                                       READY     STATUS             RESTARTS   AGE       IP                NODE
huang1        huangtest-69d9fddd97-2b8hr                 1/1       Running            0          1m        192.168.97.1      k8s-calico2
huang1        huangtest-69d9fddd97-npwzw                 1/1       Running            0          1m        192.168.210.65    k8s-calico4
huang2        hhh-6897d64fcd-kqsj4                       1/1       Running            0          10s       192.168.210.129   k8s-calico3

我们再去看看k8s-calico2这个node 上的路由，同样的需要我们关注的路由有下面的几条：

root@k8s-calico2:~# ip r  |grep bird
192.168.97.1 dev cali3683f65394b scope link
blackhole 192.168.97.0/26 proto bird 
192.168.110.64/26 via 10.173.32.24 dev tunl0 proto bird onlink 
192.168.210.64/26 via 10.173.32.25 dev tunl0 proto bird onlink 
192.168.210.128/26 via 10.173.32.26 dev tunl0 proto bird onlink

前两条不再赘述，我们看到最后三条路由，其实他们描述的逻辑与BGP的那两条没有差别，只不过网卡换成了tunl0.

我们以一个例子来解释清楚：pod huangtest-69d9fddd97-2b8hr ping hhh-6897d64fcd-kqsj4

0、封装报文，SRCIP：192.168.97.1 DESTIP：192.168.210.129
1、容器中只有eth0网卡，容器里ip r 看到的是default **** dev eth0，所以流量通过容器的eth0发送。
2、容器网卡的配置是通过vethpair做的，也就是说，容器里网卡发的包，在宿主机上都会被calic285cddbb40设备发出。
3、通过第2步，网络报文就在宿主机的网络中，受宿主机路由影响，192.168.210.128/26 via 10.173.32.26 dev tunl0 proto bird onlink 识别到匹配的对端IP，将报文从tunl0发出到10.173.32.26。这里，tunl0会对报文进行封装，在原有的ip报文之上封装了一个ip头部，新的头部中，srcip是宿主机自身的ip：10.173.32.23， destip是对端的ip地址：10.173.32.26。
我们可以通过tcpdump抓包看到这个步骤：
封装前：

封装后（注意到输出内容结尾有ipip-proto-4）：

4、由于宿主机上只有一个eth的物理机网卡，所以流量终究还是从eth0向外发出到10.173.32.26。10.173.32.26这个节点的eth0网卡，收到了报文后，发现带有ipip协议的标记（第3步中tcpdump抓包看到的ipip-proto-4），将ipip头部解开，于是处理到了真实的报文。
5、宿主机上192.168.210.129 dev cali5ce61eb6bc2 scope link 这个路由将包发给vethpair，从而被容器内的eth0接收。
6、icmp响应包的走向与上述的走向逻辑上相同。

why ipip

通过上面的了解，我们知道了纯bgp模式和ipip模式的数据访问路径。我们注意到二者最大的特别是ipip模式增加了一个tun0设备，对容器访问其他节点的pod网段的包进行封装。为什么要这么做？

关键在于网关的不同。普通的BGP适用于L2环境，也就是说node之间属于一个L2网络，彼此是知晓mac地址的。当pod A访问pod B的包到达宿主机后，经过BGP路由发给网关（对端node），网关必须要知晓一个包的目的IP地址应该发给谁（mac地址），所以这里网关（对端node）根据scope link路由发给对应的hostveth。

而在vpc场景下，node之间属于一个L3，彼此是通过路由打通的，node是不知道对端node的mac地址的。当pod A访问pod B的包到达宿主机后，也需要经过BGP路由发给网关（对端node），但此时node是不知道对端node的mac的，他会发给虚拟网关，包给到虚拟网关后，虚拟网关也不知道pod B的IP要找谁。

因此我们需要ipip。 在pod A访问pod B的包到达宿主机后，经过ipip的路由，从tunl0封装并发出。封装后变成nodeA访问nodeB，可以经过虚拟网关发到node B，nodeB解封后得知是podA访问podB, 就可以通过scope link路由发给pod B

总结：ipip模式可以兼容L2、L3的场景。而纯bgp模式只能在L2场景下使用。

待定：补充calico的BGP路由配置方法（AS,node-mesh）