Flannel：Kubernetes容器网络覆盖插件使用指南

Flannel 是 Kubernetes 生态系统中广泛使用的容器网络接口(CNI)插件，它为集群中的 Pod 提供简单高效的网络覆盖解决方案。下面我将详细介绍 Flannel 的工作原理、安装配置和使用方法，并提供相关 Go 代码示例。

Flannel 工作原理

Flannel 通过以下方式为 Kubernetes 集群提供网络功能：

1. 为每个节点分配一个子网段
2. 使用覆盖网络(Overlay Network)技术实现跨节点 Pod 通信
3. 支持多种后端实现：VXLAN、host-gw、UDP 等

安装 Flannel

前置条件

• 已部署 Kubernetes 集群
• 集群未配置其他 CNI 插件

安装步骤

# 使用 kubectl 部署 Flannel
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/flannel-io/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

配置 Flannel

Flannel 支持通过 ConfigMap 进行配置。以下是常见配置示例：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-system
  labels:
    tier: node
    app: flannel
data:
  cni-conf.json: |
    {
      "name": "cbr0",
      "cniVersion": "0.3.1",
      "plugins": [
        {
          "type": "flannel",
          "delegate": {
            "hairpinMode": true,
            "isDefaultGateway": true
          }
        },
        {
          "type": "portmap",
          "capabilities": {
            "portMappings": true
          }
        }
      ]
    }
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "vxlan"
      }
    }

后端类型比较

Flannel 支持多种后端，各有优缺点：

Go 代码示例

以下是一个使用 Go 与 Kubernetes API 交互，检查 Flannel 网络状态的示例：

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"log"

	metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
	"k8s.io/client-go/kubernetes"
	"k8s.io/client-go/rest"
)

func main() {
	// 创建 in-cluster 配置
	config, err := rest.InClusterConfig()
	if err != nil {
		log.Fatalf("创建集群配置失败: %v", err)
	}

	// 创建 clientset
	clientset, err := kubernetes.NewForConfig(config)
	if err != nil {
		log.Fatalf("创建 clientset 失败: %v", err)
	}

	// 检查 Flannel DaemonSet 状态
	checkFlannelDaemonSet(clientset)
	
	// 检查节点网络信息
	checkNodeNetwork(clientset)
}

func checkFlannelDaemonSet(clientset *kubernetes.Clientset) {
	ds, err := clientset.AppsV1().DaemonSets("kube-system").Get(
		context.TODO(), "kube-flannel-ds", metav1.GetOptions{})
	if err != nil {
		log.Printf("获取 Flannel DaemonSet 失败: %v", err)
		return
	}

	fmt.Printf("Flannel DaemonSet 状态:\n")
	fmt.Printf("期望 Pod 数: %d\n", ds.Status.DesiredNumberScheduled)
	fmt.Printf("当前 Pod 数: %d\n", ds.Status.CurrentNumberScheduled)
	fmt.Printf("就绪 Pod 数: %d\n", ds.Status.NumberReady)
}

func checkNodeNetwork(clientset *kubernetes.Clientset) {
	nodes, err := clientset.CoreV1().Nodes().List(context.TODO(), metav1.ListOptions{})
	if err != nil {
		log.Printf("获取节点列表失败: %v", err)
		return
	}

	for _, node := range nodes.Items {
		fmt.Printf("\n节点: %s\n", node.Name)
		for _, addr := range node.Status.Addresses {
			if addr.Type == "InternalIP" {
				fmt.Printf("IP 地址: %s\n", addr.Address)
			}
		}
	}
}

常见问题排查

1. Pod 无法跨节点通信

   • 检查防火墙规则是否放行 VXLAN 端口(通常为 8472/UDP)
   • 确认各节点路由表是否正确

2. Flannel Pod 崩溃

   • 检查日志: kubectl logs -n kube-system <flannel-pod-name>
   • 确认内核模块是否加载(如 vxlan)

3. 网络性能问题

   • 考虑切换到 host-gw 后端(如果节点在同一二层网络)
   • 检查 MTU 设置是否合理

最佳实践

1. 在生产环境使用 VXLAN 后端
2. 定期监控 Flannel 组件状态
3. 为大型集群适当调整子网分配大小
4. 考虑网络策略与 Flannel 的兼容性

Flannel 作为 Kubernetes 网络解决方案，以其简单可靠的特点成为许多集群的基础组件。通过合理配置和运维，可以为容器化应用提供稳定的网络环境。