CNM - Calico

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2023-12-01

Calico 是一个纯三层的数据中心网络方案（不需要Overlay），并且与OpenStack、Kubernetes、AWS、GCE等IaaS和容器平台都有良好的集成。

Calico在每一个计算节点利用Linux Kernel实现了一个高效的vRouter来负责数据转发，而每个vRouter通过BGP协议负责把自己上运行的workload的路由信息像整个Calico网络内传播——小规模部署可以直接互联，大规模下可通过指定的BGP route reflector来完成。这样保证最终所有的workload之间的数据流量都是通过IP路由的方式完成互联的。Calico节点组网可以直接利用数据中心的网络结构（无论是L2或者L3），不需要额外的NAT，隧道或者Overlay Network。

此外，Calico基于iptables还提供了丰富而灵活的网络Policy，保证通过各个节点上的ACLs来提供Workload的多租户隔离、安全组以及其他可达性限制等功能。

Calico架构

Calico - 图1

Calico主要由Felix、etcd、BGP client以及BGP Route Reflector组成

Felix，Calico Agent，跑在每台需要运行Workload的节点上，主要负责配置路由及ACLs等信息来确保Endpoint的连通状态；
etcd，分布式键值存储，主要负责网络元数据一致性，确保Calico网络状态的准确性；
BGP Client（BIRD）, 主要负责把Felix写入Kernel的路由信息分发到当前Calico网络，确保Workload间的通信的有效性；
BGP Route Reflector（BIRD），大规模部署时使用，摒弃所有节点互联的 mesh 模式，通过一个或者多个BGP Route Reflector来完成集中式的路由分发。
calico/calico-ipam，主要用作Kubernetes的CNI插件

Calico - 图2

IP-in-IP

Calico控制平面的设计要求物理网络得是L2 Fabric，这样vRouter间都是直接可达的，路由不需要把物理设备当做下一跳。为了支持L3 Fabric，Calico推出了IPinIP的选项。

Calico CNI

见https://github.com/projectcalico/cni-plugin。

Calico CNM

Calico通过Pool和Profile的方式实现了docker CNM网络：

Pool，定义可用于Docker Network的IP资源范围，比如：10.0.0.0/8或者192.168.0.0/16；
Profile，定义Docker Network Policy的集合，由tags和rules组成；每个 Profile默认拥有一个和Profile名字相同的Tag，每个Profile可以有多个Tag，以List形式保存。

具体实现见https://github.com/projectcalico/libnetwork-plugin，而使用方法可以参考http://docs.projectcalico.org/v2.1/getting-started/docker/。

Calico Kubernetes

见http://docs.projectcalico.org/v2.1/getting-started/kubernetes/.

For Kubeadm 1.5 with Kubernetes 1.5.x:

kubectl apply -f http://docs.projectcalico.org/v2.3/getting-started/kubernetes/installation/hosted/kubeadm/1.5/calico.yaml

For Kubeadm 1.6 with Kubernetes 1.6.x:

kubectl apply -f http://docs.projectcalico.org/v2.3/getting-started/kubernetes/installation/hosted/kubeadm/1.6/calico.yaml

这会在Pod中启动Calico-etcd，在所有Node上启动bird6、felix以及confd，并配置CNI网络为calico插件：

Calico - 图3

# Calico相关进程
$ ps -ef | grep calico | grep -v grep
root      9012  8995  0 14:51 ?        00:00:00 /bin/sh -c /usr/local/bin/etcd --name=calico --data-dir=/var/etcd/calico-data --advertise-client-urls=http://$CALICO_ETCD_IP:6666 --listen-client-urls=http://0.0.0.0:6666 --listen-peer-urls=http://0.0.0.0:6667
root      9038  9012  0 14:51 ?        00:00:01 /usr/local/bin/etcd --name=calico --data-dir=/var/etcd/calico-data --advertise-client-urls=http://10.146.0.2:6666 --listen-client-urls=http://0.0.0.0:6666 --listen-peer-urls=http://0.0.0.0:6667
root      9326  9325  0 14:51 ?        00:00:00 bird6 -R -s /var/run/calico/bird6.ctl -d -c /etc/calico/confd/config/bird6.cfg
root      9327  9322  0 14:51 ?        00:00:00 confd -confdir=/etc/calico/confd -interval=5 -watch --log-level=debug -node=http://10.96.232.136:6666 -client-key= -client-cert= -client-ca-keys=
root      9328  9324  0 14:51 ?        00:00:00 bird -R -s /var/run/calico/bird.ctl -d -c /etc/calico/confd/config/bird.cfg
root      9329  9323  1 14:51 ?        00:00:04 calico-felix

# CNI网络插件配置
$ cat /etc/cni/net.d/10-calico.conf
{
    "name": "k8s-pod-network",
    "cniVersion": "0.1.0",
    "type": "calico",
    "etcd_endpoints": "http://10.96.232.136:6666",
    "log_level": "info",
    "ipam": {
        "type": "calico-ipam"
    },
    "policy": {
        "type": "k8s",
         "k8s_api_root": "https://10.96.0.1:443",
         "k8s_auth_token": "<token>"
    },
    "kubernetes": {
        "kubeconfig": "/etc/cni/net.d/calico-kubeconfig"
    }
}
$ cat /etc/cni/net.d/calico-kubeconfig
# Kubeconfig file for Calico CNI plugin.
apiVersion: v1
kind: Config
clusters:
- name: local
  cluster:
    insecure-skip-tls-verify: true
users:
- name: calico
contexts:
- name: calico-context
  context:
    cluster: local
    user: calico
current-context: calico-context

Calico - 图4

Calico的不足

既然是三层实现，当然不支持VRF
不支持多租户网络的隔离功能，在多租户场景下会有网络安全问题
Calico控制平面的设计要求物理网络得是L2 Fabric，这样vRouter间都是直接可达的

参考文档

https://xuxinkun.github.io/2016/07/22/cni-cnm/
https://www.projectcalico.org/
http://blog.dataman-inc.com/shurenyun-docker-133/