為啥Underlay才是容器網絡的最佳落地選擇

導語：

幾年前，當博云啟動自研容器網絡研發的時候，除了技術選型的考慮，我們對于先做 Underlay 還是 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，多數還是以 Overlay 網絡方案為主，但在我們對眾多客戶真正需求的深入了解之后，發現部分客戶對容器內外網絡直通有著非常強烈的需求。思慮再三，我們決定還是先做 Underlay 網絡（后來又做了Overlay）。隨著行業與公司自身的發展，我們建設實施的項目越來越多，這讓我們對容器網絡的思考也越來越深入，從而觀點也越來越清晰：

內外直通的Underlay網絡才是容器網絡的正確打開方式。

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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，也是驅動我們做 Underlay網絡的直接原因：

1. 服務部署在Kubernetes集群內部（如圖：服務1、服務2）；

2. 數據庫、注冊中心、Redis、MQ等組件部署在集群之外；

3. 部分服務也可能部署在集群之外, 比如容器平臺試用階段（如圖：服務3）

這些服務和組件，需要能直接互聯互通。

如若需要滿足以上需求，最簡單有效的方案就是直接把 Kubernetes 內外網絡打通，也就是采用 Underlay 網絡模式。

當然，如上需求也有別的辦法可以解決。比如，細化分析服務和組件間的流量，采用ingress、egress，包括改寫應用代碼等方式，在特定情況下，這也是可以用的。然而，一方面，這些都是特定場景下的特定解決方案，缺乏一定的通用性；另一方面，容易出現配置復雜、引入額外風險、出錯難以定位等問題。遠遠沒有通過Underlay網絡直接將內外網打通這么簡單有效。

還有另外的辦法就是將所有服務和組件都放入Kubernetes集群內部，但是這種方案仍是針對特定場景的非通用方案，很難保證企業所有的應用都在一個Kubernetes集群里。

同樣，對于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集群對外提供服務。比如專門用作提供PaaS中間件服務的Kubernetes集群、專門用作CI/CD服務的Kubernetes集群、專門用作提供大數據服務的Kubernetes集群等；

• 跨多集群的服務/組件互聯互通；

• 為了在試點階段降低風險，部分服務跑在集群內、部分服務跑在集群外 等場景。

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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中，除了應用場景，我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一樣的，是上層應用的承載基礎設施。

因此，從底層角度看，對容器網絡的需求跟虛擬機是一致的。那么，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層的落地網絡方案可以認為是有行業標準的，不管是基于VMware 還是 OpenStack，基本都是采用OVS（或類似OVS）的二層 Underlay 網絡方案。

因此，從基礎設施的角度往上看，容器網絡采用跟 IaaS 類似的方案，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里，因此目前公有云的容器網絡方案，也是主要采用將容器和虛擬機放到同一個VPC中，可以直接互聯互通的方案。這也是對上述判斷的典型證明。

同時，對于部分客戶反饋的 Unberlay 網絡占用 IP 地址過多的問題，從虛擬機和容器的對比角度，也可以獲得合理的解釋：如果使用虛擬機部署，占用 IP 地址數量與容器 Underlay 網絡是一樣的。IP 地址的數量是由應用數量決定的，使用容器并沒有引入多余 IP 地址占用。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。

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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 ：需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，一般在數據中心內部不會啟動，低端三層交換機/路由器對齊的支持情況也有風險。

MACVLAN： 幾年前有部分客戶采用此容器網絡方案，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，面向未來的擴展性也比較差。

以上也是博云基于 OVS 自研 Underlay（也支持Overlay）網絡的原因。

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總結

在容器網絡方案中，Overlay網絡方案有著對底層網絡要求低（落地過程不需要跟網絡部門打交道）、落地容易、IP地址占用少等特點，也有自己適用的特性需求場景。但是隨著越來越多的客戶將 Kubernetes 和容器大規模應用到生產環境中，博云客戶中選擇使用 Underlay 網絡模式的比例也越來越高。這讓我們更加明確認識到：

內外直通的Underlay網絡才是容器網絡的正確打開方式。