kube-ovn：从原理到实践

一、kube-ovn简介

kube-ovn是一个基于Open Virtual Network（OVN）的插件，可以将OVN网络与Kubernetes集成，提供高效、可靠的网络解决方案。OVN是一个开源的虚拟网络解决方案，具有强大的功能和灵活的架构。通过kube-ovn，可以在Kubernetes上创建和管理虚拟网络，提供负载均衡、网络隔离、安全性和高可用性等能力。

与其他网络插件相比，kube-ovn具有以下特点：

可用性高。采用独特的多控制平面和多Agent节点架构，实现了高可靠性和高可用性，从而保证了网络的稳定性和可靠性。
扩展性强。支持动态调整网络拓扑，并实现内部和外部网络的互联，通过VLAN或VXLAN等方式进行扩展。
易于管理。采用基于状态机的自动化管理模式，实现了快速、可靠的网络管理，同时提供了全面的网络监控和调试信息。

二、kube-ovn架构

kube-ovn插件由4个主要组件构成：ovn-kubernetes、ovn-controller、ovn-cnb和ovn-db-server。

1. ovn-kubernetes

ovn-kubernetes是kube-ovn的核心组件，实现了Kubernetes资源对象到OVN逻辑对象的映射，包括Node、Pod、Service、Endpoints等。

具体来说，ovn-kubernetes通过动态生成OVN逻辑端口，将Pod和Service映射到OVN逻辑网络，实现了从Kubernetes到OVN的资源转换。此外，ovn-kubernetes还负责从Kubernetes API服务器中获取Pod、Service和Endpoints的信息，并监控它们的状态变化。当Pod或Service发生变化时，ovn-kubernetes会相应地更新OVN逻辑对象。

2. ovn-controller

ovn-controller是kube-ovn的控制器组件，负责接收ovn-kubernetes生成的OVN逻辑网络信息，并将它们转换为OpenvSwitch（OVS）Bridge的配置命令，实现了从OVN到OVS的资源转换。

ovn-controller将收到的OVN逻辑对象信息转换为OVS Bridge的端口、网桥和流表等配置命令，并通过OpenFlow协议将这些命令下发到OVS Bridge。这样，OVS Bridge就能够根据OVN逻辑网络的信息进行转发和路由了。

3. ovn-cnb

ovn-cnb是一种CNI插件，用于在Pod所在的节点上配置OVN Neutron端口和Linux Bridge。在创建Pod时，ovn-cnb会通过调用ovn-kubernetes和ovn-controller，为Pod创建OVN逻辑端口，并将该端口映射到节点上的Linux Bridge上。

此外，ovn-cnb还会为Pod配置IP地址、网关和DNS等基本网络配置信息。当Pod被删除或迁移时，ovn-cnb会相应地清理该Pod所占用的资源。

4. ovn-db-server

ovn-db-server是一个独立的进程，负责管理OVN逻辑数据库的状态。OVN逻辑数据库是一个中心化的元数据存储，用于存储OVN逻辑网络的状态信息。ovn-controller和ovn-kubernetes通过与ovn-db-server进行通信，获取OVN逻辑网络的信息，并将它们转换为OVS Bridge的配置命令。

三、kube-ovn使用示例

下面以一个简单的例子来演示如何使用kube-ovn创建和管理虚拟网络。

1. 安装kube-ovn插件

首先，需要在Kubernetes集群中安装kube-ovn插件。可以通过以下命令来安装：

$ git clone https://github.com/alauda/kube-ovn.git
$ cd kube-ovn
$ make install

安装完成后，需要在kubelet的启动参数中添加–network-plugin=kube-ovn选项来启用kube-ovn插件。

2. 创建虚拟网络

接下来，需要创建一个虚拟网络，并将Pod和Service映射到该网络中。可以通过以下示例YAML文件来创建一个名为my-network的虚拟网络：

apiVersion: ovn.kubernetes.io/v1alpha1
kind: LogicalSwitch
metadata:
  name: my-network
spec:
  subnet:
    cidr: "10.0.0.0/24"
    gateway: "10.0.0.1"

这个YAML文件中定义了一个名为my-network的逻辑网络，并指定了一个名为my-subnet的子网。子网的CIDR为10.0.0.0/24，网关为10.0.0.1。

可以通过kubectl命令来创建该虚拟网络：

$ kubectl apply -f my-network.yaml

3. 创建Pod和Service

创建虚拟网络后，可以创建需要使用该网络的Pod和Service。可以通过以下示例YAML文件来创建一个名为my-pod的Pod和一个名为my-service的Service：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80
  type: ClusterIP

这个YAML文件中定义了一个名为my-pod的Pod和一个名为my-service的Service。Pod使用的镜像为nginx，Service监听端口80，并将请求转发到Pod的80端口。

可以通过kubectl命令来创建Pod和Service：

$ kubectl apply -f my-app.yaml

4. 访问虚拟网络

创建Pod和Service后，就可以通过Service来访问Pod了。可以使用以下命令来获取my-service的ClusterIP：

$ kubectl get svc my-service

然后，可以使用该ClusterIP来访问Service：

$ curl :80

四、总结

通过示例，可以看出，kube-ovn具有高可用性、扩展性和易管理性等优点，是一种强大的网络解决方案。通过kube-ovn插件，可以轻松地创建和管理虚拟网络，实现负载均衡、网络隔离、安全性和高可用性等能力。

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