【摘 要】
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容器、Kubernetes、云计算和云原生技术的高速发展,解决了传统物理机、虚拟机场景下应用开发部署、弹性伸缩的难题,使得大量主机、服务迁移上云。而网络作为云环境三大基石之一,是私有云场景下大规模主机、服务容器化改造绕不开的话题,为此,本文针对容器化改造过程中集群内部容器网络通信、集群外与集群内容器网络通信中遇到的问题进行分析与研究,并将eBPF这种扩展内核功能的基础技术应用于网络通信场景:在集群
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容器、Kubernetes、云计算和云原生技术的高速发展,解决了传统物理机、虚拟机场景下应用开发部署、弹性伸缩的难题,使得大量主机、服务迁移上云。而网络作为云环境三大基石之一,是私有云场景下大规模主机、服务容器化改造绕不开的话题,为此,本文针对容器化改造过程中集群内部容器网络通信、集群外与集群内容器网络通信中遇到的问题进行分析与研究,并将eBPF这种扩展内核功能的基础技术应用于网络通信场景:在集群内容器网络互通场景下,为了优化容器间网络通信效率,本文分析了现行开源网络方案Flannel,并基于其流量转发时协议栈冗余的短板,创新性地提出了基于eBPF技术优化隧道流量处理的方法,设计实现了相关的容器网络系统,该系统在同节点网络通信上引入IPVLAN虚拟网卡技术,在跨节点通信上通过eBPF程序嵌入内核以优化数据包转发路径。实验结果表明,相较于传统网络方案,本方案在同节点通信约有5%左右的通信性能提升,跨节点通信时RTT下降约20%,短连接效率提升约40%,整体数据包处理延时更低、新建连接效率更高。在集群外部访问集群内服务的异构网络通信场景下,本文提出了基于eBPF技术和路由技术的虚拟网关方案,网关通过BGP协议动态发布容器集群网段,将数据中心内通往Overlay容器的数据包进行引流,使用eBPF程序进行隧道封装和转发,以解决集群外主机访问容器、跨集群容器互访时的网络隔离问题,同时本文就虚拟网关节点带来的路由跳数冗余和带宽限制问题,进行了热点流量的数据包路径优化,并进行了系统设计实现、功能验证和性能测试,实验结果表明了本网关系统在功能和性能上满足需要,能解决私有云场景下集群内外的异构网络通信隔离问题,并相较于原生的Linux协议栈转发有约13%的性能提升。上述两方面系统整体部署应用于公司私有云场景内,支撑和优化了上万规模的节点通信,解决了实际的云计算领域工程难题,为上层技术和业务发展提供了容器网络基石。
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