K8S几种常见CNI深入比较

以下在技术层面上对 Kubernetes 中的五种 CNI 插件进行深入比较：Flannel、Calico、kube-router、Weave Net 和 Cilium。

比较将从以下几个关键维度展开：

1. 网络模型（Network Model）
2. 数据平面（Data Plane）
3. 控制平面（Control Plane）
4. 核心功能与特性（Key Features）
5. 性能与资源开销（Performance & Overhead）
6. 操作与复杂度（Operability & Complexity）

1. Flannel (简单可靠的 Overlay)

• 技术概要: 最早期的 CNI 之一，设计目标是提供一个极其简单、轻量级的跨节点 Pod 网络连通方案。
• 网络模型:
  • Overlay 网络: 默认使用 VXLAN 封装。也支持 host-gw（纯三层路由，但要求所有节点在同一个二层网络）。
  • 每个节点从一个大的集群 CIDR 中分配一个独立的子网（通常是 /24）。
• 数据平面:
  • VXLAN 模式: 数据包通过 Linux 内核的 VXLAN 模块进行封装和解封装，由一个名为 flannel.1 的虚拟设备 (VTEP) 处理。
  • host-gw 模式: 不进行封装，直接修改节点的内核路由表（ip route），利用内核进行高效的路由转发。
• 控制平面:
  • 一个简单的 flanneld 守护进程（DaemonSet）。
  • 通过 watch Kubernetes API（或直连 etcd）来获取节点 IP 与其 Pod 子网的映射关系，并据此更新后端（如创建 VXLAN 转发表或写入路由表）。
• 核心功能与特性:
  • 网络策略: 原生不支持 Kubernetes Network Policies。这是一个关键短板。
  • 服务负载均衡: 完全依赖 kube-proxy。
  • 加密: 不支持。
• 优点:
  • 极其简单：配置和部署极为容易，资源消耗极低。
  • 稳定可靠：经过长期大规模验证，VXLAN 模式兼容性极好。
• 缺点:
  • 功能单一，缺乏高级特性（网络策略、加密、可观测性）。
  • VXLAN 存在封装开销（约 10-20% 性能损失）。

2. Calico (高性能纯三层路由与强大策略)

• 技术概要: 企业级，功能丰富，以高性能和强大的网络安全策略著称，是生产环境中最常见的选择之一。
• 网络模型:
  • 纯三层路由 (BGP): 默认模式。将每个节点视为一个路由器，通过 BGP 协议在各节点间分发 Pod 的路由信息。无封装，性能最佳。
  • Overlay 封装: 当底层网络不支持 BGP 或需要跨子网时，支持 IPIP 或 VXLAN 封装。
• 数据平面:
  • 路由: Linux 内核路由表。
  • 网络策略: 使用 iptables 或更现代化的 eBPF 来实现。
  • Felix: Calico 的节点代理（DaemonSet），负责将网络策略和路由信息编程到内核中（写入路由表和 iptables/eBPF 规则）。
• 控制平面:
  • BGP Speaker (Bird/GoBGP): 在每个节点上运行，负责与其他节点交换路由信息。
  • 状态存储： etcd 或 Kubernetes API (CRDs)。
• 核心功能与特性:
  • 网络策略: