详解openshift-sdn

openshift-sdn的由来和现状

openshift-sdn是红帽推出的一款容器集群网络方案。一直集成于openshift平台中。但红帽将项目代码进行了开源。

实际上，我们通过一些修改，完全可以将openshift-sdn作为一款通用的容器集群的网络方案。

openshift-sdn官方建议使用network-operator工具进行网络部署，实际上在该项目中我们甚至可以扒出一套基本完整的部署模板。基于这套模板我们可以直接部署openshift-sdn。

为了加深大家的理解，本文我们会详细地介绍整个方案的功能、使用和原理。我们相信，如果你完全理解了本文的内容，你也能在集群的openshift-sdn网络出现故障时，能游刃有余地进行排障。

openshift-sdn的功能

openshift-sdn依赖于了openvswitch技术，也就是虚拟交换机，在k8s集群的每个节点上都要求部署好openvswitch并启动服务：

systemctl status openvswitch-switch.service

注：社区较新版本已经通过sidecar集成了openvswitch，不再需要宿主机上部署该服务

openshift-sdn通过构建和维护一套流表，以及一些路由和iptables策略，就实现了基本的容器网络需求：

集群中跨节点的pod通信
pod到service的通信
pod到外部网络的通信

除此之外，还提供了丰富的扩展能力：

提供multi-tenant模式，支持namespace维度的租户隔离
提供networkpolicy模式，支持k8s networkpolicy
支持在上述两种模式下，在pod间使用多播流量

可以说openshift-sdn的功能已经趋于完备。

openshift-sdn的组成

openshift-sdn包括了管控面和数据面。

ctrl。管控面，是一套deployment，用于自动化地给每个节点分配网段，并记录到crd中
node。数据面，是一套daemonset，用于根据crd变化，构建节点网络数据面。包括路由、网卡、流表、iptables规则。

openshift-sdn的用法

基础用法

没有任何特殊的操作，规划好集群里pod、service的网段、并部署好openshift-sdn组件后，我们就可以部署pod了

租户隔离

在使用mulit-tenant模式时，集群中每个namespace都会被创建出一个同名的netnamespace，这是openshift-sdn设计的crd，我们看看里头记录了啥：

kubectl  get netnamespaces kube-system  -o yaml        
apiVersion: network.openshift.io/v1
kind: NetNamespace
metadata:
  creationTimestamp: 2020-07-08T09:47:15Z
  generation: 1
  name: kube-system
  resourceVersion: "33838361"
  selfLink: /apis/network.openshift.io/v1/netnamespaces/kube-system
  uid: 017460a8-c100-11ea-b605-fa163e6fe7d6
netid: 4731218
netname: kube-system

整体看下来，唯一有意义的字段就是netid了，这个整型表示了全局唯一的id，当不同的netnamespace，彼此之间的netid不同时，他们对应的namespace下的pod，就彼此不通。

当某个netnamespace的netid为0，表示这个netnamespace下的pod可以与任何namespace下的pod互通。

通过这种逻辑，我们可以基于namespace来设计租户，实现租户隔离

集群的扩展

如果集群的pod IP不够用了怎么办？这是众多开源的容器网络方案的共同问题。openshift-sdn提供了一个灵活的扩展机制。

刚才提到集群部署时要先规划好集群pod的CIDR和service的CIDR，当部署好openshift-sdn后，我们可以看到：

# kubectl get clusternetwork  default -o yaml 
apiVersion: network.openshift.io/v1
clusterNetworks:
- CIDR: 10.178.40.0/21
  hostSubnetLength: 10
hostsubnetlength: 10
kind: ClusterNetwork
metadata:
  creationTimestamp: 2020-07-09T03:04:22Z
  generation: 1
  name: default
  resourceVersion: "36395511"
  selfLink: /apis/network.openshift.io/v1/clusternetworks/default
  uid: e3b4a921-c190-11ea-b605-fa163e6fe7d6
network: 10.178.40.0/21
pluginName: redhat/openshift-ovs-multitenant
serviceNetwork: 10.178.32.0/21
vxlanPort: 4789

openshift-sdn设计的一个CRD，名为ClusterNetwork，这个CRD的对象记录了集群里使用的网络网段，当集群里有多个这种ClusterNetwork对象时，openshift-sdn只会取名为default的那个对象。

关注里面的内容，我们发现clusterNetworks是一个数组，他的每个成员都可以定义一个CIDR和hostsubnetlength。也就是说，我们修改了他，就可以给集群扩充网段。

这里我们看到在结构体中还有两个字段：hostsubnetlength和network,值分别与clusterNetworks数组的唯一一个成员的字段相对应。这是openshift-sdn的历史遗留问题，早先版本不支持配置clusterNetworks数组，后面添加后，这两个字段只有当数组长度为1时，会进行一次校验。

我们将default这个ClusterNetwork的内容改成：

# kubectl get clusternetwork  default -o yaml 
apiVersion: network.openshift.io/v1
clusterNetworks:
- CIDR: 10.178.40.0/21
  hostSubnetLength: 10
- CIDR: 10.132.0.0/14
  hostSubnetLength: 9
hostsubnetlength: 10
kind: ClusterNetwork
metadata:
  creationTimestamp: 2020-07-09T03:04:22Z
  generation: 2
  name: default
  resourceVersion: "36395511"
  selfLink: /apis/network.openshift.io/v1/clusternetworks/default
  uid: e3b4a921-c190-11ea-b605-fa163e6fe7d6
network: 10.178.40.0/21
pluginName: redhat/openshift-ovs-multitenant
serviceNetwork: 10.178.32.0/21
vxlanPort: 4789

但这仅仅修改了控制面，数据面的修改还没有做，节点上此时根本不知道有这个新增的网段。

关于数据面的改动，官方的做法是:将每个node进行驱逐：kubectl drain $nodename , 然后重启node，重启后节点上ovs流表会清空、ovs-node 组件会重启，并重新配置流表和路由、iptables规则。

这样对数据面的影响未免太大了！以后我IP不够用了，还要把集群里每个node重启一次，相当于所有在用的业务容器都要至少重建一次！有没有优雅一点的方案呢？

优雅扩展

我们对openshift-sdn进行了深入的研究和社区追踪，并聚焦于如何优雅地、不影响业务容器地、完成网段的扩展。

我们实践发现，老节点上node组件重启后，就会重新同步最新的clusternetwork信息，将新的网段配置到节点的路由表，和ovs流表中，但是，已有的容器还是无法访问新加入的网段。

进行详细的排查，我们发现老的容器里，访问新网段会走的路由是：

default via 10.178.40.1 dev eth0

正常来说，访问集群pod cidr的路由是：

10.178.40.0/21 dev eth0 scope link

于是我们写了个工具，在老节点上运维了一把，往已有的容器中加入到达新网段的路由。如：

10.132.0.0/14 dev eth0

测试了一下网络终于通了~

在反复的实践后，我们使用该方案对用户的业务集群进行了网段扩容。

但是我们不禁产生了疑问，为啥访问新的网段，不可以走网关呢？我们意识到：为了更好地支持，有必要进行更深入的了解。openshift-sdn的官方文档对此没有特别细致的解释，因此我们决定重新梳理一遍了一通源码和流表，好好地整理清楚，openshift-sdn，到底是怎么做的？

openshift-sdn的设计

CRD

openshift-sdn给集群增加了一些CRD，包括

clusternetworks.network.openshift.io 记录集群里的pod的CIDR
egressnetworkpolicies.network.openshift.io 记录集群里的出站规则
hostsubnets.network.openshift.io 记录集群里某个node上的CIDR
netnamespaces.network.openshift.io 记录集群里的网络租户空间

组件

openshift-sdn的组件包含了中心化的控制器，去中心化的agent和CNI插件，agent会直接影响节点上的数据面，他们各自负责的主要内容包括：

controller

负责配置集群级别的pod cidr，对应openshift-sdn的CRD：clusterNetwork
给新加入的node分配子段，对应openshift-sdn的CRD：hostSubnet
观察k8s集群中namespace、networkpolicy等对象的变更，同步地更新openshift-sdn的CRD：netnamespaces、egressnetworkpolicies（专门针对出站的networkpolicy）

agent

每次启动时获取集群clusterNetwork，与本地流表做对比，当发现有出入，就会重新配置本地的集群网络流表、节点上的路由、以及iptables规则
观察集群中openshift-sdn的CRD：hostSubnet的变化，配置到达其他node的流表
观察集群中openshift-sdn的CRD：netnamespaces、egressnetworkpolicies的变化，配置相应的租户隔离和出站限制的流表
生成节点上的CNI二进制文件，并提供IP分配功能
针对本节点的每个pod，配置对应的流表

CNI

负责被kubelet调用，以进行容器网络的配置和解除
会向agent申请和释放IP
会配置容器内部的IP和路由

openshift-sdn的数据面原理

我个人认为，一言蔽之，openshift-sdn就是构建了一套pod-to-pod的大二层网络。所有pod的ip都属于一个虚拟的L2中，他们彼此可以互相通过arp请求确认对方物理地址，并进行正常的网络发包。不管是arp包还是普通的ip包，都会被ovs流处理并进行必要的封装。

路由配置和跳转

我们在一个k8s集群中部署了openshift-sdn网络，通过对路由、流表、iptables的分析，可以勾画出网络的架构。

首先看容器里的内容。当我们使用openshift-sdn时，需要先提供整个集群规划的pod IP CIDR，以及每个node上可以从CIDR里分配多少IP作为子段。我们这里规划10.178.40.0/21为集群的pod cidr，每个节点上可以分配2^10个IP ，这样集群里只能支持两个节点。两个节点的IP段分别为：
10.178.40.0/22和10.178.44.0/22

随意创建一个pod，进入容器中检查IP和路由：

# docker exec -it bfdf04f24e01 bash
root@hytest-5db48599dc-95gfh:/# ip a 
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: eth0@if95: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1350 qdisc noqueue state UP group default 
    link/ether 0a:58:0a:b2:28:0f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 10.178.40.15/22 brd 10.178.43.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
root@hytest-5db48599dc-95gfh:/# ip r 
default via 10.178.40.1 dev eth0 
10.178.40.0/22 dev eth0 proto kernel scope link src 10.178.40.15 
10.178.40.0/21 dev eth0 
224.0.0.0/4 dev eth0

可以看到IP：10.178.40.15/22是处于网段10.178.40.0/22 中的。路由表的含义，从底向上为：

第四条路由：224.0.0.0/4为组播段，这是一条组播路由
第三条路由：表示IP所在的二层广播域。也就是整个node分到的CIDR，也就是说，一个node上所有的pod彼此是二层互联的。
第二条路由：集群级别的pod CIDR的路由，结合第三条规则，我们可以确认，当pod访问集群里任何一个podIP时，都会直接从eth0发出
第一条路由：默认路由，这里设置了一个网关地址10.178.40.1， pod访问其他目的地址时，需要经由网关转发。

到此为止，我们知道了容器里的配置，要想了解更多，就要接着看宿主机配置（为了可读性我们不展示一些无关的网卡和路由）：

# ip a 
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1400 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether fa:16:3e:6f:e7:d6 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.173.32.63/21 brd 10.173.39.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::f816:3eff:fe6f:e7d6/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
85: vxlan_sys_4789: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 65485 qdisc noqueue master ovs-system state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/ether ae:22:fc:f9:77:92 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet6 fe80::ac22:fcff:fef9:7792/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
86: ovs-system: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 8a:95:6e:5c:65:cb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
87: br0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1350 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 0e:52:ed:b2:b2:49 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
88: tun0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1350 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/ether 06:60:ae:a8:f5:22 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.178.40.1/22 brd 10.178.43.255 scope global tun0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::460:aeff:fea8:f522/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
95: vethadbc25e1@if3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1350 qdisc noqueue master ovs-system state UP group default 
    link/ether 06:48:6c:da:8f:4b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet6 fe80::448:6cff:feda:8f4b/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

# ip r 
default via 10.173.32.1 dev eth0 
10.173.32.0/21 dev eth0 proto kernel scope link src 10.173.32.63 
10.178.32.0/21 dev tun0 
10.178.40.0/21 dev tun0 scope link

宿主机的IP是位于eth0上的10.173.32.63,我们看到机器上还有一些特殊的网卡：

ovs-system 所有ovs网桥在内核中有一个统一名字，即ovs-system，我们不需要太关注
br0 ovs服务创建的一个以太网交换机，也就是一个ovs网桥
vethadbc25e1 使用vethpair做容器网卡虚拟化，在宿主机上会出现一个网卡
vxlan_sys_4789 ovs网桥上的一个端口（port），用来做vxlan封装
tun0 tun0的IP是10.178.40.1，也就是容器里的默认网关。用来转发到node、service、外部网络的流量

通过执行以下命令可以看到：

# ovs-vsctl show 
fde6a881-3b54-4c50-a86f-49dcddaa5a95
    Bridge "br0"
        fail_mode: secure
        Port "vethadbc25e1"
            Interface "vethadbc25e1"
        Port "tun0"
            Interface "tun0"
                type: internal
        Port "br0"
            Interface "br0"
                type: internal
        Port "vxlan0"
            Interface "vxlan0"
                type: vxlan
                options: {dst_port="4789", key=flow, remote_ip=flow}
    ovs_version: "2.8.4"

tun0、vxlan0、各个veth，都是在ovs网桥上开的端口，当这些端口收到包时，会直接被内核态的datapath监听并进行流表的规则匹配，以确定包最终的处理方式。

veth是与容器内的eth0直连的，容器里的包通过这对vethpair发送到宿主机，并且直接被datapath接管。

宿主机上有一个vxlan0，专门用来封装/解封vxlan协议的包。在ovs流表中，会将需要封装的包发给vxlan0进行封装。

当pod访问其他节点的pod时，流表会将包引向vxlan0，IP地址封装为node的IP，封装好之后，可以直接通过宿主机的网络发到对端节点所在的node。

宿主机上有一个tun0，在宿主机的路由中，可以看到：

10.178.32.0/21 dev tun0 表示的是k8s集群里service 的网段，通过tun0发出
10.178.40.0/21 dev tun0 scope link 表示的是，k8s里的集群pod CIDR，通过tun0发出。

所以当node访问集群里任何一个pod/service，都要走tun0, tun0 是openvswitch在虚拟交换机上开启的一个端口（port），从tun0流入的数据包（pod发给对端的包），会被内核态的datapath监听到，并去走内核态的、缓存好的流表规则。流表规则记录了一个数据包应该如何被正确地处理。

ovs-vswitchd 本质是一个守护进程，是 OvS 的核心部件。ovs-vswitchd 和 Datapath 一起实现 OvS 基于流表（Flow-based Switching）的数据交换。它通过 OpenFlow 协议可以与 OpenFlow 控制器通信，使用 ovsdb 协议与 ovsdb-server 数据库服务通信，使用 netlink 和 Datapath 内核模块通信。ovs-vswitchd 支持多个独立的 Datapath，ovs-vswitchd 需要加载 Datapath 内核模块才能正常运行。ovs-vswitchd 在启动时读取 ovsdb-server 中的配置信息，然后自动配置 Datapaths 和 OvS Switches 的 Flow Tables，所以用户不需要额外的通过执行 ovs-dpctl 指令工具去操作 Datapath。当 ovsdb 中的配置内容被修改，ovs-vswitched 也会自动更新其配置以保持数据同步。ovs-vswitchd 也可以从 OpenFlow 控制器获取流表项。

接下来我们就要看流表是如何配置的~

ovs流表规则

通过执行：ovs-ofctl dump-flows br0 -O openflow13 table=XX 命令我们可以看到ovs中某个表的流规则， table0是这个规则集合的入口。所以我们可以从table=0开始看起

# ovs-ofctl  dump-flows br0 -O openflow13  table=0
 cookie=0x0, duration=82110.449s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, priority=250,ip,in_port=tun0,nw_dst=224.0.0.0/4 actions=drop
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=2, n_bytes=84, priority=200,arp,in_port=vxlan0,arp_spa=10.178.40.0/21,arp_tpa=10.178.40.0/22 actions=move:NXM_NX_TUN_ID[0..31]->NXM_NX_REG0[],goto_table:10
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=1, n_bytes=98, priority=200,ip,in_port=vxlan0,nw_src=10.178.40.0/21 actions=move:NXM_NX_TUN_ID[0..31]->NXM_NX_REG0[],goto_table:10
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, priority=200,ip,in_port=vxlan0,nw_dst=10.178.40.0/21 actions=move:NXM_NX_TUN_ID[0..31]->NXM_NX_REG0[],goto_table:10
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=2, n_bytes=84, priority=200,arp,in_port=tun0,arp_spa=10.178.40.1,arp_tpa=10.178.40.0/21 actions=goto_table:30
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=1, n_bytes=98, priority=200,ip,in_port=tun0 actions=goto_table:30
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, priority=150,in_port=vxlan0 actions=drop
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=37, n_bytes=2678, priority=150,in_port=tun0 actions=drop
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=4, n_bytes=168, priority=100,arp actions=goto_table:20
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=2, n_bytes=196, priority=100,ip actions=goto_table:20
 cookie=0x0, duration=82110.450s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, priority=0 actions=drop

我们主要关注规则的后半段，从priority开始到action之前的一串，是匹配逻辑：

priority 表示优先级，同一个表中，我们总是先看优先级更高的规则，不匹配再去找低的规则。同优先级的规则还有很多的过滤条件。
ip/arp 表示数据包的协议类型,有：arp、ip、tcp、udp
in_port表示从ovs网桥的哪个port收到的这个包
nw_src/nw_dst 顾名思义，就是包的源IP和目的IP

之后的actions，表示针对前面的规则得到的包，要进行如何处理，一般有：

drop 丢弃
goto_table:** 转到某个表继续匹配规则
set_field:10.173.32.62->tun_dst 表示封装包目的地址
load:0x483152->NXM_NX_REG1[] 寄存器赋值操作，用来将某个租户的vnid保存到寄存器，后续做租户隔离的判断，这里将0x483152记录到REG1中，REG0表示源地址所属的vnid，REG1表示目的地址，REG2表示包要从哪个port发出（ovs上每个port都有id）
output:*** 表示从ovs网桥上的某个端口设备发出比如vxlan0
move:NXM_NX_REG0[]->NXM_NX_TUN_ID[0..31] 表示将REG0中的值拷贝到封装包的vnid字段中

例——容器访问service的处理流程

大致清楚流表里的主要语法后，我们可以结合一个机器上的ovs流表内容，分析一下从pod访问service的时候，整个处理链路：

容器访问service（比如clusterIP：10.178.32.32），通过容器内路由直接发出，宿主机上的veth由于是ovs网桥上的一个port，所以包直接到达内核datapath，也就是进入table0
table0中选择了 cookie=0x0, duration=17956.652s, table=0, n_packets=20047, n_bytes=1412427, priority=100,ip actions=goto_table:20进入table20
table20中选择了 cookie=0x0, duration=17938.360s, table=20, n_packets=0, n_bytes=0, priority=100,ip,in_port=vethadbc25e1,nw_src=10.178.40.15 actions=load:0->NXM_NX_REG0[],goto_table:21规则，进入table21，而且做了load操作，给REG0设置值为0,意思是这个数据包的源IP能适配任何租户
table21中记录的是k8s networkpolicy生成的对应的策略，由于我们没有用，所以只能选择 cookie=0x0, duration=18155.706s, table=21, n_packets=3, n_bytes=182, priority=0 actions=goto_table:30进入table30
在table30中选择了： cookie=0x0, duration=12410.821s, table=30, n_packets=0, n_bytes=0, priority=100,ip,nw_dst=10.178.32.0/21 actions=goto_table:60
在table60中选择了： cookie=0x0, duration=12438.404s, table=60, n_packets=0, n_bytes=0, priority=100,udp,nw_dst=10.178.32.32,tp_dst=53 actions=load:0x483152->NXM_NX_REG1[],load:0x2->NXM_NX_REG2[],goto_table:80。注意这里我们在action中做了load操作，告知将目的地址的vnid设置为4731218，这个值是ovs通过service所属的namespace的信息得到的，是multi-tenant的特性；并设置了REG2,表示：如果包要发出，就要从id为2的port发出
在table80中，我们继续判断，如果REG0的值为0，或REG1的值为0，或REG0的值等于REG1的值，就表示这个包可以发出，于是从REG2对应的port发出。这里REG2的值为2，我们在机器上执行ovs-vsctl list interface, 可以看到ofport值为2的设备是tun0.也就是说包是从tun0发出。
包开始走宿主机的路由和iptbales规则，经过k8s的service负载均衡，做了一次DNAT，此时变成了pod访问pod的包。根据路由查找，发现还是要发给tun0，另外，openshift-sdn还会做一次masquerade，通过-A OPENSHIFT-MASQUERADE -s 10.178.40.0/21 -m comment --comment "masquerade pod-to-service and pod-to-external traffic" -j MASQUERADE这条iptables规则实现，这样源IP就不再是pod而是node的IP【openshift-sdn支持开启ct支持，开启ct支持后，就不需要做这个额外的masq了，但开启该功能要求ovs达到2.6的版本】
再次进入到流表。还是走table0
这次我们适配了 cookie=0x0, duration=19046.682s, table=0, n_packets=21270, n_bytes=10574507, priority=200,ip,in_port=tun0 actions=goto_table:30直接进入table30
假设包被iptablesDNAT为另一个节点上的pod（10.178.44.22），那么table30中应该走 cookie=0x0, duration=13508.548s, table=30, n_packets=1, n_bytes=98, priority=100,ip,nw_dst=10.178.40.0/21 actions=goto_table:90
table90中找到了到另一个节点的cidr的流表规则： cookie=0xb4e80ae4, duration=13531.936s, table=90, n_packets=1, n_bytes=98, priority=100,ip,nw_dst=10.178.44.0/22 actions=move:NXM_NX_REG0[]->NXM_NX_TUN_ID[0..31],set_field:10.173.32.62->tun_dst,output:vxlan0，意味着要从vxlan0这个port发出，并且我们记录了tun_dst为10.173.32.62，还将此时的REG0，也就是源IP的vnid记录到包中，作为封装包中的内容。
vxlan0这个port做了一个封装，将包封装了源IP和目的IP，目的IP为另一个节点的IP地址（tun_dst：10.173.32.62）。封装好后从vxlan0发出
走机器上的路由，通过机器所在的网络发送到对端。
在对端节点上，内核判断到包有一个vxlan的协议头，交给对端节点的vxlan0解封，由于vxlan0也是ovs网桥上的一个port，所以解封后送入datapath进行流表解析
这里有两条规则都适配这个包，两个规则优先级还一样，cookie=0x0, duration=14361.893s, table=0, n_packets=1, n_bytes=98, priority=200,ip,in_port=vxlan0,nw_src=10.178.40.0/21 actions=move:NXM_NX_TUN_ID[0..31]->NXM_NX_REG0[],goto_table:10,cookie=0x0, duration=14361.893s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, priority=200,ip,in_port=vxlan0,nw_dst=10.178.40.0/21 actions=move:NXM_NX_TUN_ID[0..31]->NXM_NX_REG0[],goto_table:10 当遇到这种情况时，选择哪一条规则是我们无法确定的，也就是说可能随便选一条，但是此处两个规则都导向了table10。并且还将封包中的vnid取出，复制到REG0这个寄存器里
table10里做了源地址的校验： cookie=0xc694ebd2, duration=19282.596s, table=10, n_packets=3, n_bytes=182, priority=100,tun_src=10.173.32.63 actions=goto_table:30.封装的包的源地址是不是合法的？如果不合法，那么就应该drop掉，如果没问题就进入table30
table30中根据 cookie=0x0, duration=19341.929s, table=30, n_packets=21598, n_bytes=10737703, priority=200,ip,nw_dst=10.178.44.0/22 actions=goto_table:70，匹配了目的IP，进入table70
table70中，根据 cookie=0x0, duration=19409.718s, table=70, n_packets=21677, n_bytes=10775797, priority=100,ip,nw_dst=10.178.44.22 actions=load:0x483152->NXM_NX_REG1[],load:0x5->NXM_NX_REG2[],goto_table:80 进入table80，并且我们将目的端的vnid设置为了0x483152。目的端出口的port的id为0x5
table80中，还是一样，判断vnid彼此是否兼容，因为我们发包时就设置了REG0为0，所以即便REG1不为0且不等于REG0,也一样是放行的。所以从id为5的port出去。
对端node上，id为5的port，对应的就是pod的hostveth，因此这个包从veth发出， veth发出的包会直接被容器net namespace里的一端（eth0）收到，至此，访问service的包到达了后端某个pod。

归纳

整个openshift-sdn的流表示意图如下：

我们逐个解释一下每个table主要的负责内容：

table10 :由vxlan收包并处理时，会走table10表，10表会判断封包的源IP是否是其他节点的nodeIP，如果不是就丢弃
table20: 由veth收到的包会进入20表，也就是pod发出的包，会进入20表，20表中主要是做了源IP的vnid的设置
table21: table20处理完毕后会进入table21，在里面会处理k8s networkpolicy的逻辑，如果判断这个包的访问路径是通的，就会进入30表
table30：30表值主要的选路表，这里会判断协议是ip还是arp:
- 判断arp包的来源或目的，请求本地pod IP的arp，到40，请求其他节点pod IP的arp到50
- 判断ip包的目的地址属于哪个段，属于本机段、集群段、service IP段，会分别走70、90、60表
table40：将请求本地podIP的arp请求从对应的veth发出
table50: 对于请求集群里网段的IP的arp请求，封装后通过vxlan0发出
table60: 检查要访问的具体是哪个service，根据service所属的namespace的租户id，配置包的目的vnid，并配置目的出口为tun0，进入table80
table70: 访问本机其他pod IP时，检查pod所属的namespace的租户id，配置包的目的vnid，并配置目的出口为目的pod的veth，进入table80
table80: 根据REG进行vnid的校验，REG0=REG1或REG0=0或REG1=0时，校验通过
table90: 记录了集群里每个node的网段对应的nodeIP，在该表里设置要封装的内容:
- 源IP对应的vnid要设置到封装包的字段中
- 目的地址的node的IP要设置为封装包的目的地址
table120: 收到组播时做的逻辑判断
table110: 发出组播时做的逻辑判断
table100：访问外部IP时做的判断，通常只会单纯的设置走tun0
table110：访问外部IP时做的networkpolicy判断

基于上面的整理，我们可以知道，在使用openshift-sdn的时候，集群里各种网络访问的链路：

同节点的pod与pod访问：包从客户端pod的veth，到宿主机的ovs网桥，直接到达对端pod的veth
跨节点的pod与pod访问：包从客户端pod的veth，到宿主机的ovs网桥，走vxlan0端口封装后，经过宿主机的协议栈，从宿主机的物理网卡发出，到对端pod所在宿主机的物理网卡，被识别为vxlan，进入对端机器的ovs网桥，然后到对端pod的veth
pod访问node：包从客户端pod的veth，到宿主机ovs网桥，因为node的物理网卡IP与pod的网络不在一个平面，所以直接走table100，然后从tun0口发出,经过宿主机的协议栈，进行路由转发，最后走宿主机所在的网络到达某个node的物理网卡
pod访问其他外部网络（out-of-clusternetwork）也都是走tun0
node访问本节点的pod：根据宿主机的路由，包从tun0发出，进入宿主机的ovs网桥，送达对端pod的veth
node访问其他节点的pod：根据宿主机路由，从tun0发出，进入宿主机的ovs网桥，送达vxlan0进行封装，然后走宿主机的路由和网络，到对端pod所在宿主机的物理网卡，被识别为vxlan，进入对端机器的ovs网桥，然后到对端pod的veth
pod访问service：包从客户端pod的veth，到宿主机ovs网桥，从tun0发出，经过宿主机协议栈，受iptables规则做了DNAT和MASQUERADE,至此变成了node访问其他节点的pod
service的后端回包给pod：因为上一步，pod访问service时，做了MASQUERADE，所以service后端会认为是某个node访问了自己，回包给客户端pod所在的node，node上收到后对照conntrack表，确认是之前连接的响应包，于是对包的源地址和目的地址做了修改（对应之前做的DNAT和MASQUERADE），变成了serviceIP访问客户端pod的包。根据node上的路由，走tun0，进入ovs网桥后，直接送到pod的veth

注意这里的第二点，pod到pod是不需要走tun0的，也就是说，集群里所有的cluster network对应的cidr，都被视为一个“二层”，不需要依赖网关的转发。上文中我们在扩展集群网段时，需要在老容器里加一条直连路由，原因就在这：

老容器发包到新容器时，走网关转发，包的目的MAC是老节点的tun0的mac，这个包直接被流表封装发出到对端，对端解封后送到对端容器，对端容器会发现包的目的MAC本地没有，因此肯定会丢弃。所以我们不能让这种pod-to-pod的访问链路走网关，而应该是通过直连路由。

流表检查工具

如果你觉得一条一条地看流表，特别麻烦，那么有一个很方便的实践方法,比如：

先通过ovs-vsctl list interface命令查看到IP在ovs网桥上对应的网口的id。

ovs-vsctl list interface |less
_uuid               : e6ca4571-ac3b-46d4-b155-c541affa5a96
admin_state         : up
bfd                 : {}
bfd_status          : {}
cfm_fault           : []
cfm_fault_status    : []
cfm_flap_count      : []
cfm_health          : []
cfm_mpid            : []
cfm_remote_mpids    : []
cfm_remote_opstate  : []
duplex              : full
error               : []
external_ids        : {ip="10.178.40.15", sandbox="6c0a268503b577936a34dd762cc6ca7a3e3f323d1b0a56820b2ef053160266ff"}
ifindex             : 95
ingress_policing_burst: 0
ingress_policing_rate: 0
lacp_current        : []
link_resets         : 0
link_speed          : 10000000000
link_state          : up
lldp                : {}
mac                 : []
mac_in_use          : "06:48:6c:da:8f:4b"
mtu                 : 1350
mtu_request         : []
name                : "vethadbc25e1"
ofport              : 12
ofport_request      : []
options             : {}
other_config        : {}
statistics          : {collisions=0, rx_bytes=182, rx_crc_err=0, rx_dropped=0, rx_errors=0, rx_frame_err=0, rx_over_err=0, rx_packets=3, tx_bytes=2930, tx_dropped=0, tx_errors=0, tx_packets=41}
status              : {driver_name=veth, driver_version="1.0", firmware_version=""}
type                : ""

...

如上，我们看到10.178.40.15这个IP所在的端口，ofport字段是12。接着，执行：

ovs-appctl ofproto/trace  br0   'ip,in_port=12,nw_src=10.178.40.15,nw_dst=10.173.32.62'

在这条命令中，我们模拟往某个port（id为12）塞一个包，源IP是10.178.40.15，目的IP是10.173.32.62。

输出是：

Flow: ip,in_port=12,vlan_tci=0x0000,dl_src=00:00:00:00:00:00,dl_dst=00:00:00:00:00:00,nw_src=10.178.40.15,nw_dst=10.173.32.62,nw_proto=0,nw_tos=0,nw_ecn=0,nw_ttl=0

bridge("br0")
-------------
 0. ip, priority 100
    goto_table:20
20. ip,in_port=12,nw_src=10.178.40.15, priority 100
    load:0->NXM_NX_REG0[]
    goto_table:21
21. priority 0
    goto_table:30
30. ip, priority 0
    goto_table:100
100. priority 0
    goto_table:101
101. priority 0
    output:2

Final flow: unchanged
Megaflow: recirc_id=0,eth,ip,in_port=12,nw_src=10.178.40.15,nw_dst=10.173.32.62,nw_frag=no
Datapath actions: 3

会把整个链路走的所有的表，以及最后从哪个口发出，做的封装（此例中不做封装，Final flow=unchanged）全部显示出来。

结语

本文我们由浅入深地介绍了openshift-sdn这个网络方案，了解了他的架构和用法，并深入地探索了它的实现。 ovs流表的阅读和跟踪是一个比较吃力的活，但当我们啃下来之后，会发现openshift-sdn的流表设计还是比较简洁易懂的，希望读完本文的你能有所收获~

引用

https://blog.csdn.net/Jmilk/j...

https://www.cnblogs.com/sammy...

https://docs.openshift.com/co...

详解openshift-sdn

openshift-sdn的由来和现状

openshift-sdn的功能

openshift-sdn的组成

openshift-sdn的用法

基础用法

租户隔离

集群的扩展

优雅扩展

openshift-sdn的设计

CRD

组件

controller

agent

CNI

openshift-sdn的数据面原理

路由配置和跳转

ovs流表规则

例——容器访问service的处理流程

归纳

流表检查工具

结语

引用

fzu_huang

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