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Kubernetes中Pod之间使用虚拟二层网络连接引起的调研

传统的三层网络

• 在传统的大型数据中心，网络通常是三层结构。这个模型包含了以下三层：
  • Access Layer（接入层）：有时也称为Edge Layer。接入交换机通常位于机架顶部，所以它们也被称为ToR（Top of Rack）交换机，它们物理连接服务器。
  • Aggregation Layer（汇聚层）：有时候也称为Distribution Layer。汇聚交换机连接Access交换机，同时提供其他的服务，例如防火墙，SSL offload，入侵检测，网络分析等。
  • Core Layer（核心层）：核心交换机为进出数据中心的包提供高速的转发，为多个汇聚层提供连接性，核心交换机为通常为整个网络提供一个弹性的L3路由网络。
• 三层网络框架示意图如下：
  

其中：汇聚交换机以上的为L2网络，以上是L3网络。每组汇聚交换机管理一个POD（Point Of Delivery），每个POD内都是独立的VLAN网络。服务器在POD内迁移不必修改IP地址和默认网关，因为一个POD对应一个L2广播域。

比如：同一机柜的连接的交换机叫接入交换机，连接多个接入交换机的叫汇聚交换机，它们处于同一个vlan网络。（在计算机网络中，一个二层网络可以被划分为多个不同的广播域，一个广播域对应了一个特定的用户组，默认情况下这些不同的广播域是相互隔离的。不同的广播域之间想要通信，需要通过一个或多个路由器。这样的一个广播域就称为VLAN，报文中使用12位来表示VLAN,因此VLAN只能分配4096个）

核心交换机是解决不同数据中心之间的联通

南北流向和东西流向

• 南北向流量：数据中心之外的客户端到数据中心服务器之间的流量，或者数据中心服务器访问互联网的流量。
• 东西向流量：数据中心内的服务器之间的流量。
• 东西向流量分为L2和L3流量：
• L2流量：

(1)东西向的L2流量，如果源和目的主机都在同一个接入层交换机下，那么可以达到全速，因为接入交换机就能完成转发。
(2)如果需要跨机架，但仍然是在一个汇聚层POD内，则需要通过汇聚层交换机进行转发，带宽取决于汇聚层交换机的转发速率，端口带宽和同时有多少个接入层交换机共享汇聚层交换机。汇聚层和接入层之间一般使用STP（后面会提到），这使得一个汇聚层POD只能有一个汇聚层交换机在工作。为了满足跨机架的L2转发，汇聚层交换机的性能，例如带宽，转发速率必然要大于接入层交换机。
(3)如果L2流量需要跨汇聚层POD（大二层架构），那必须经过核心交换机。同样的问题仍然存在，对核心交换机的要求会更高。

• L3流量：

东西向的L3流量，不论是不是在一个接入层交换机下，都需要走到具有L3功能的核心交换机才能完成转发。如下图所示：

STP

为什么要用STP

广播风暴：

前提：node1找node3,但node3网络有问题

过程：

• node1->Access Lay1;
• Access Lay1->Aggregation Lay1; Access Lay1->Aggregation Lay2;
• Aggregation Lay1->Access Lay2(node3网络有问题，Access Lay2会将node3对应的mac删除);Aggregation Lay2->Access Lay2 ;
• Access Lay2 ->Aggregation Lay1;
• Aggregation Lay1->Access Lay1;
• 掉转到第二步

STP:
汇聚交换机和接入交换机之间通常使用STP（Spanning Tree Protocol）。STP使得对于一个VLAN网络只有一个汇聚层交换机可用，其他的汇聚层交换机在出现故障时才被使用（三层框架中的虚线）。也就是说汇聚层是一个active-passive的HA模式。这样在汇聚层，做不到水平扩展，因为就算加入多个汇聚层交换机，仍然只有一个在工作。

大二层网络

随着云计算的发展，计算资源被池化，为了使得计算资源可以任意分配，需要一个大二层的网络架构。即整个数据中心网络都是一个L2广播域，这样，服务器可以在任意地点创建，迁移，而不需要对IP地址或者默认网关做修改。大二层网络架构，L2/L3分界在核心交换机，核心交换机以下，也就是整个数据中心，是L2网络（当然，可以包含多个VLAN，VLAN之间通过核心交换机做路由进行连通）。大二层的网络架构如下图所示：

不存在STP问题的原因：
服务器->接入层->汇聚层->核心层->汇聚层->接入层