Calico网络接口镜像拉取性能压测 - 第2节
2.1 Calico 架构概述
Calico 是一个基于 BGP（Border Gateway Protocol） 的纯三层网络方案，专为容器、虚拟机与裸金属工作负载设计。其核心设计理念是将每个工作负载（Pod/VM）视为一个独立的网络端点，通过标准路由协议在集群内分发路由信息，从而实现高性能、可扩展的网络连通性与网络策略控制。
Calico 不依赖 Overlay 封装（如 VXLAN）即可实现跨节点通信，在 BGP 模式下具有接近原生网络的性能。其架构由控制平面与数据平面两部分组成，关键组件包括 Felix、BIRD、confd 以及 CNI 插件。
2.1.1 核心组件与职责
| 组件 | 部署位置 | 核心职责 |
|---|---|---|
| Felix | 每个节点（DaemonSet） | 管理主机网络接口（veth）、路由表、iptables/ipset 规则，实现网络策略与端点连通性。 |
| BIRD | 每个节点（DaemonSet） | BGP 路由守护进程，负责在节点间分发路由信息，支持 BGP 模式与 IPIP 模式下的路由学习。 |
| confd | 每个节点（DaemonSet） | 监听 etcd 或 Kubernetes API 中的 Calico 配置变更，动态生成 BIRD 配置文件并触发重载。 |
| CNI 插件 | 每个节点（二进制） | 实现 Kubernetes CNI 接口，负责 Pod 网络接口的创建、IP 分配与删除。 |
| kube-controllers | 集群级（Deployment） | 处理策略冲突检测、命名空间隔离、IP 池管理等控制逻辑。 |
2.1.2 数据流与组件协作
当一个新的 Pod 在节点 A 上创建时，CNI 插件调用 Felix 创建 veth 对，一端放入 Pod 网络命名空间，另一端接入宿主机。Felix 将 Pod IP 写入本地路由表，并更新 iptables 规则。BIRD 通过 BGP 会话将这条路由通告给集群内其他节点。节点 B 收到路由后，将流量直接通过三层路由转发至节点 A 的 Pod，无需额外封装。
2.2 BGP 模式与 IPIP 模式
Calico 支持两种主要的跨节点通信模式：BGP 模式（Direct Routing）和 IPIP 模式（Overlay）。选择哪种模式取决于底层网络基础设施是否支持直接路由。
2.2.1 BGP 模式（Direct Routing）
在 BGP 模式下，Calico 将每个节点配置为一个 BGP Speaker，通过 BGP 协议将 Pod 路由直接通告给物理网络中的路由器或交换机。数据包从源 Pod 发出后，经过宿主机路由表直接转发到目标节点，不经过任何隧道封装。
- 优势： 性能接近原生网络，无封装开销，延迟低，吞吐量高。
- 前提条件： 底层网络（物理路由器/交换机）必须支持 BGP 协议，且允许 Calico 节点作为 BGP 对等体接入。
- 适用场景： 自建数据中心、网络团队可配合的网络环境。
2.2.2 IPIP 模式（Overlay）
当底层网络不支持 BGP 或不允许直接路由时，Calico 使用 IPIP 隧道模式。数据包在宿主机上被封装在一个新的 IP 包中（外层 IP 头为节点 IP），通过三层网络传输到目标节点后再解封装。
- 优势： 不依赖底层网络设备，可在任何 IP 网络上运行，包括公有云环境。
- 劣势： 存在封装/解封装开销，性能略低于 BGP 模式（约 5%-15% 的吞吐量损失）。
- 适用场景： 公有云、网络设备不可控、跨子网通信。
| 对比维度 | BGP 模式 | IPIP 模式 |
|---|---|---|
| 封装方式 | 无封装，直接路由 | IP over IP 隧道封装 |
| 网络依赖 | 需要底层网络支持 BGP | 无特殊要求，仅需 IP 连通 |
| 性能 | 接近原生，无额外开销 | 有封装开销，性能略低 |
| MTU 要求 | 标准 MTU（1500） | 需降低 MTU（通常 1480） |
| 配置复杂度 | 中等（需对接网络设备） | 低（开箱即用） |
| 典型场景 | 自建数据中心 | 公有云 / 混合云 |
2.3 Felix 与 BIRD 组件
Felix 和 BIRD 是 Calico 数据平面与控制平面的核心执行者，理解它们的工作机制对于容量规划与故障排查至关重要。
2.3.1 Felix：节点代理与策略执行者
Felix 是一个运行在每个节点上的守护进程，负责管理该节点的网络状态。它通过监听 Kubernetes API 或 etcd 获取预期的网络策略与端点信息，并将其转化为底层的系统配置。
- 接口管理： 创建/删除 veth 对，配置 Pod 网络命名空间内的接口。
- 路由管理： 在宿主机路由表中添加/删除 Pod 路由条目。
- 策略执行： 编写 iptables 规则（或 nftables）实现网络策略（NetworkPolicy）的准入/拒绝逻辑。
- 健康检查： 定期上报节点与端点状态至数据存储。
2.3.2 BIRD：BGP 路由引擎
BIRD（BIRD Internet Routing Daemon）是 Calico 使用的 BGP 实现，负责在节点之间以及节点与外部网络设备之间交换路由信息。
- 路由学习： 从 Felix 维护的本地路由表中学习 Pod 路由。
- 路由分发： 通过 BGP 会话将路由通告给其他节点或 ToR 交换机。
- 路由聚合： 支持将多个 Pod CIDR 聚合为更少的路由条目，减少路由表规模。
- 故障收敛： 当节点或 Pod 发生故障时，BIRD 快速撤销对应路由，保障网络收敛速度。
2.3.3 Felix 与 BIRD 的协作流程
- 端点变更： Pod 创建/删除触发 Felix 更新本地路由表与 iptables。
- 路由注入： Felix 将新的 Pod 路由写入内核路由表（如
10.244.1.3/32 dev caliXXXX）。 - BIRD 感知： BIRD 通过内核路由表的变化（或通过 confd 触发的配置重载）感知到新路由。
- BGP 通告： BIRD 将新路由封装为 BGP Update 消息，发送给所有 BGP 对等体。
- 远端接收： 远端节点的 BIRD 收到 Update 后，将路由写入本地内核路由表。
- 数据转发： 远端节点的 Felix 无需额外操作，数据包直接根据路由表转发。