CN116389484A - 基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***及方法 - Google Patents

基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***及方法，在Kubernetes集群中部署独立的分布式路由网关，分布式路由网关负责跟集群中每个节点的Kubernetes网络管理模块通信，收集需要跨集群转发的路由信息；分布式路由网关，将收集到的路由信息通过DDS对外进行发布，同时，订阅需要跨集群互通的路由消息，再将接收到的路由消息同步给集群中的网络管理模块，在本地集群各节点进行路由同步。本发明在引入分布式路由网关，通过在集群间同步路由信息实现互通，可以避免传统网关的瓶颈，也可以节约带宽资源；具有灵活性，不同集群之间，可以配置一对一，一对多，多对多的互联互通策略。

Description

基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***及方法
技术领域
本发明涉及Kubernetes和数据分发服务DDS技术，尤其涉及一种基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***及方法。
背景技术
数据分发服务(Data Distribution Service，DDS)是对象管理组织OMG在HLA及CORBA等标准的基础上制定的新一代分布式实时通信中间件技术规范，DDS采用发布/订阅体系架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS服务质量策略，能保障数据进行实时、高效、灵活地分发，可满足各种分布式实时通信应用需求。DDS信息分发中间件是一种轻便的、能够提供实时信息传送的中间件技术。
DDS的数据通过主题Topic进行标识，数据的发布者根据主题发布数据，数据的订阅者可以根据实际业务的需要，选择订阅特定主题的数据。这种以数据为中心的发布-订阅模型DCPS(Data-Centric Publish-Subscribe)，便是DDS的核心。
Kubernetes是一个可以移植、可扩展的开源平台，使用声明式的配置并依据配置信息自动地执行容器化应用程序的管理。在所有的容器编排工具中(类似的还有dockerswarm/mesos等)，Kubernetes的生态***更大、增长更快，有更多的支持、服务和工具可供用户选择。
Kubernetes的网络通信，主要有以下几种不同的场景：
1、Container-to-Container的网络
Kubernetes为每一个Pod都创建了一个network namespace。每一个Pod都包含了多个容器(ctr*)，这些容器都在同一个共享的network namespace中。Pod中所有的容器都使用该network namespace提供的同一个IP地址以及同一个端口空间，可以通过localhost直接与同一个Pod中的另一个容器通信。
2、Pod-to-Pod的网络
在Kubernetes中，每一个Pod都有一个真实的IP地址，并且每一个Pod都可以使用此IP地址与其他Pod通信。在network namespace将每一个Pod隔离到各自的网络堆栈的情况下，虚拟以太网设备(virtual Ethernet device)将每一个namespace连接到rootnamespace，网桥将namespace又连接到一起，此时，Pod可以向同一节点上的另一个Pod发送网络报文了。
对于跨主机的Pod通信，则需要借助主机网络来完成了。集群中每个主机节点都被分配了一个CIDR网段，指定了该节点上的Pod可用的IP地址段。一旦发送到该CIDR网段的流量到达节点，就由节点负责将流量继续转发给对应的Pod。通常来说，每个节点知道如何将数据包分发到运行在该节点上的Pod。一旦一个数据包到达目标节点，数据包的传递方式与同节点上不同Pod之间数据包传递的方式就是一样的了。
3、Pod-to-Service的网络
一个Kubernetes Service管理了一组Pod的状态，可以追踪一组Pod的IP地址的动态变化过程。一个Service拥有一个IP地址，并且充当了一组Pod的IP地址的“虚拟IP地址”。任何发送到Service的IP地址的数据包将被负载均衡到该Service对应的Pod上。
4、Internet-to-Service的网络
对于出外网的流量，主要通过以下两种方式：(1)为VPC路由表配置外网网关；(2)提供网络地址转换(NAT Network Address Translation)，将节点的内网地址映射到一个外网地址，以使外网可以访问内网上的节点。
对于入方向的流量，目前主要有以下两个解决方案：Service LoadBalancer和Ingress Controller。
但是对于跨多个Kubernetes集群之间的通信，目前行业内仍然没有高效的解决方案。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***及方法。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，所述***在Kubernetes集群中部署独立的分布式路由网关，分布式路由网关负责跟集群中每个节点的Kubernetes网络管理模块通信，收集需要跨集群转发的路由信息；
分布式路由网关，将收集到的路由信息通过DDS对外进行发布，同时，订阅需要跨集群互通的路由消息，再将接收到的路由消息同步给Kubernetes集群中的网络管理模块，在本地集群各节点进行路由同步。
进一步地，分布式路由网关包含路由信息收集模块和DDS模块；
路由信息收集模块，收集本地集群各节点需要跨集群转发的路由信息；DDS模块，发布/订阅跨集群通信的路由信息。
进一步地，分布式路由网关以独立节点的形式部署在集群中。
进一步地，Kubernetes网络管理模块是Kubernetes网络插件，如，CNI插件或者CoreDNS插件。
进一步地，路由信息包括精细化到每个Pod的详细路由，每个Service的DNS记录。
进一步地，对于需要跨集群转发的数据流量，通过根据Kubernetes集群网络转发策略的配置，将数据流量引流到分布式路由网关，由其负责将数据流量发送到对应的远端集群的分布式路由网关节点。
进一步地，在路由网关发布和订阅的配置过程中，不同集群之间的互联互通，可以是一对一的，也可以是多对多的。
一种基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通方法，包括步骤：
(1)在Kubernetes集群中部署独立的分布式路由网关；
(2)分布式路由网关与Kubernetes集群的网络管理模块通信，收集本地集群的路由信息；
(3)分布式路由网关将本地收集到的集群路由信息，交由DDS模块，对外进行发布；
(4)分布式路由网关模块同时可以根据配置，订阅其他集群的路由消息；再DDS模块接收到来自其他集群的路由信息之后，交由分布式路由网关处理，同步给Kubernetes集群中的网络管理模块，由Kubernetes网络管理模块在本地集群进行同步。
进一步地，Kubernetes集群中需要跨集群转发的流量，根据查询到的路由信息，首先转发到本地集群的分布式路由网关，由路由网关根据跨集群同步到的路由信息，将流量转发到远端集群的分布式路由网关上。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明在引入分布式路由网关之后，可以通过在Kubernetes集群间同步路由信息，而不用全部流量都经过网关的路由才能实现互通，可以避免传统网关的瓶颈；也可以节约带宽资源，在不需要互通的时候，随时取消订阅其他集群的路由信息，减少跨集群流量的转发，进而可以有效的避免造成网络拥塞；具有灵活性，不同Kubernetes集群之间，可以配置一对一，一对多，多对多的互联互通策略。
附图说明
图1是分布式路由网关同步路由信息过程示意图；
图2是跨集群流量经过分布式路由网关进行转发过程示意图；
图3是多对多集群互联互通示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，在Kubernetes集群中，增加一种基于数据分发服务的分布式路由网关，通过充分发挥DDS的灵活数据分发特性，在各集群之间收集和发布/订阅跨集群通信的路由信息，实现Kubernetes跨集群网络互联互通。
在Kubernetes集群中，部署一个独立的分布式路由网关。该路由网关一方面收集本地集群各节点需要跨集群转发的路由信息，另一方面负责将收集到的路由信息，通过DDS对外进行发布。其他集群中的分布式路由网关，则可以根据集群互联互通规划的需求，订阅需要跨集群互通的路由消息，再将接收到的路由消息，在本地集群各节点进行路由同步。跨集群通信的流量，则可以根据在集群中查询到的路由信息，进行转发。
在Kubernetes集群中，部署独立的分布式路由网关，分布式路由网关中包含路由信息收集模块和DDS模块。路由信息收集模块，收集本地集群各节点需要跨集群转发的路由信息；DDS模块，发布/订阅跨集群通信的路由信息，即，将收集到的路由信息通过DDS对外进行发布，也可以订阅需要跨集群互通的路由消息。
分布式路由网关以独立节点Pod的形式部署在集群中，可以根据Kubernetes的调度策略，调度到任意的Node节点上。
分布式路由网关的工作主要有以下几个方面：
分布式路由网关负责跟每个节点的Kubernetes网络管理模块通信，收集本集群的路由信息，路由信息可以是精细化到每个Pod的详细路由，也可以是每个Service的DNS记录。路由信息收集完成之后，交由DDS模块对外进行发布。Kubernetes网络管理模块通常是Kubernetes网络插件，如，CNI插件或者CoreDNS插件。
分布式路由网关同时负责处理订阅到的其它集群的发送过来的路由信息，并将路由信息转发给Kubernetes网络管理模块，由Kubernetes网络管理模块在本地集群进行同步。
分布式路由网关作为Kubernetes集群的网络转发出/入口，对于需要跨集群转发的数据流量，通过根据Kubernetes集群网络转发策略的配置，将数据流量引流到分布式路由网关，由其负责将数据流量发送到对应的远端集群的分布式路由网关节点。对端的分布式路由网关收到跨集群流量后，将流量在本地转发，由集群内的Kubernetes网络管理模块负责将流量转发到对应的Pod或容器中。
在普通的Kubernetes环境中，需要和集群外通信的流量，都需要经过传统网关的路由转发，才能实现互通。在跨集群流量较大的时候，网关的路由和转发性能，将会受到严峻的考验，甚至会因为网关的性能，影响到用户的业务。
在引入分布式路由网关之后，可以通过在Kubernetes集群间同步路由信息，而不用全部流量都经过网关的路由才能实现互通。还可以通过精细化控制集群间的互通规则，根据业务需要，实现集群间流量转发的开启和关闭切换。从而避免了网关的性能限制。
根据用户业务需要，通过对Kubernetes集群间路由信息的发布订阅，精细化控制跨Kubernetes集群的流量互通互联，在不需要互通的时候，随时取消订阅其他集群的路由信息，减少跨集群流量的转发，进而可以有效的避免造成网络拥塞。
如图2所示，本发明所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通方法，主要工作流程：
(1)在Kubernetes集群中部署独立的分布式路由网关；
(2)分布式路由网关与Kubernetes集群的网络管理模块(如Kubernetes网络插件)通信，收集本地集群的路由信息；
(3)分布式路由网关将本地收集到的集群路由信息，交由DDS模块，对外进行发布；
(4)分布式路由网关模块同时可以根据配置，订阅其他集群的路由消息；再DDS模块接收到来自其他集群的路由信息之后，交由分布式路由网关处理，同步给Kubernetes集群中的网络管理模块，由Kubernetes网络管理模块在本地集群进行同步。
通过Kubernetes网络管理模块，配置策略路由，将需要跨集群转发的流量，引流到分布式路由网关。Kubernetes集群中需要跨集群转发的流量，根据查询到的路由信息，首先转发到本地集群的分布式路由网关，由路由网关根据跨集群同步到的路由信息，将流量转发到远端集群的分布式路由网关上，由远端的网关负责将流量在其所在集群内转发到对应的Pod或容器中。
经过以上步骤，从而实现了多个Kubernetes集群的互联互通。
如图3所示，在路由网关发布和订阅的配置过程中，不同集群之间的互联互通，可以是一对一的，也可以是多对多的。即可以根据用户的实际需要，灵活的配置将两个特定的集群进行路由互通，也可以将多个集群之间相互打通，并可以随时变更发布订阅策略，实现对跨集群流量的精准控制。
用户可以根据业务需要，规划不同Kubernetes集群之间的互联互通需求，通过分布式路由网关实现集群间的互联互通。路由的发布和订阅策略，可以根据实际需要，随时进行变更。不同Kubernetes集群之间，可以配置一对一，一对多，多对多的互联互通策略。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明在引入分布式路由网关之后，可以通过在Kubernetes集群间同步路由信息，而不用全部流量都经过网关的路由才能实现互通，可以避免传统网关的瓶颈；也可以节约带宽资源，在不需要互通的时候，随时取消订阅其他集群的路由信息，减少跨集群流量的转发，进而可以有效的避免造成网络拥塞；具有灵活性，不同Kubernetes集群之间，可以配置一对一，一对多，多对多的互联互通策略。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，所述***在Kubernetes集群中部署独立的分布式路由网关，分布式路由网关负责跟集群中每个节点的Kubernetes网络管理模块通信，收集需要跨集群转发的路由信息；
分布式路由网关，将收集到的路由信息通过DDS对外进行发布，同时，订阅需要跨集群互通的路由消息，再将接收到的路由消息同步给Kubernetes集群中的网络管理模块，在本地集群各节点进行路由同步。
2.根据权利要求1所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，分布式路由网关包含路由信息收集模块和DDS模块；
路由信息收集模块，收集本地集群各节点需要跨集群转发的路由信息；DDS模块，发布/订阅跨集群通信的路由信息。
3.根据权利要求1所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，分布式路由网关以独立节点的形式部署在集群中。
4.根据权利要求1所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，Kubernetes网络管理模块是Kubernetes网络插件，如，CNI插件或者CoreDNS插件。
5.根据权利要求1所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，路由信息包括精细化到每个Pod的详细路由，每个Service的DNS记录。
6.根据权利要求1所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，对于需要跨集群转发的数据流量，通过根据Kubernetes集群网络转发策略的配置，将数据流量引流到分布式路由网关，由其负责将数据流量发送到对应的远端集群的分布式路由网关节点。
7.根据权利要求1所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，在路由网关发布和订阅的配置过程中，不同集群之间的互联互通，可以是一对一的，也可以是多对多的。
8.一种基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通方法，基于权利要求1-7任一所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通***，其特征在于，包括步骤：
(1)在Kubernetes集群中部署独立的分布式路由网关；
(2)分布式路由网关与Kubernetes集群的网络管理模块通信，收集本地集群的路由信息；
(3)分布式路由网关将本地收集到的集群路由信息，交由DDS模块，对外进行发布；
(4)分布式路由网关模块同时可以根据配置，订阅其他集群的路由消息；再DDS模块接收到来自其他集群的路由信息之后，交由分布式路由网关处理，同步给Kubernetes集群中的网络管理模块，由Kubernetes网络管理模块在本地集群进行同步。
9.根据权利要求8所述的基于数据分发服务的跨Kubernetes集群网络互通方法，其特征在于，Kubernetes集群中需要跨集群转发的流量，根据查询到的路由信息，首先转发到本地集群的分布式路由网关，由路由网关根据跨集群同步到的路由信息，将流量转发到远端集群的分布式路由网关上。
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