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Spiderpool

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Spiderpool 是 CNCF 的一个 Sandbox 项目

Spiderpool 提供了一个 Kubernetes 的 underlay 和 RDMA 网络解决方案, 它能运行在裸金属、虚拟机和公有云上

Spiderpool 介绍

Spiderpool 是一个 kubernetes 的 underlay 和 RDMA 网络解决方案，它增强了 Macvlan CNI、 ipvlan CNI 和 SR-IOV CNI 的功能，满足了各种网络需求，使得 underlay 网络方案可应用在**裸金属、虚拟机和公有云环境**中，可为网络 I/O 密集性、低延时应用带来优秀的网络性能，包括**存储、中间件、AI 等应用**。详细的文档可参考文档站。

Underlay CNI 的优势

underlay CNI 主要指 macvlan、ipvlan、SR-IOV 等能够直接访问宿主机二层网络的 CNI 技术，它有如下优势：

  • macvlan、ipvlan、SR-IOV 是承载 RDMA 网络加速的重要技术，RDMA 能为 AI 应用、延时敏感型应用、网络 I/O 密集型应用带来极大的性能提升，其网络性能大幅超过 overlay 网络解决方案。

  • 区别于基于 veth 虚拟网卡的 CNI 解决方案，underlay 网络数据包避免了宿主机的三层网络转发，没有隧道封装开销，因此，它们能为应用提供了优秀的网络性能，包括优秀的网络吞吐量、低延时，节省了 CPU 的网络转发开销。

  • 可直接对接 underlay 二层 VLAN 网络，应用可进行二层、三层网络通信，可进行组播、多播通信，数据包可受防火墙管控。

  • 数据包携带 Pod 的真正 IP 地址，应用可直接基于 Pod IP 进行南北向通信，多云网络天然联通。

  • underlay CNI 可基于宿主机不同的父网卡来创建虚拟机接口，因此可为存储、观测性等网络开销大的应用提供隔离的子网。

Spiderpool 核心功能

arch

  • 简化安装和使用

当前开源社区对于 underlay CNI 和 RDMA 的使用，需要手动安装 Multus CNI 、RDMA、SR-IOV 等诸多相关组件，Spiderpool 简化了安装流程和运行 POD 数量，对相关的 CRD 进行了封装，提供了各种场景的完备文档，使得使用、管理更加便捷。

  • 基于 CRD 的双栈 IPAM 能力

提供了独享、共享的 IP 地址池，支持设置各种亲和性，为中间件等有状态应用和 kubevirt 等固定 IP 地址值，为无状态应用固定 IP 地址范围，自动化管理独享的 IP 池，优秀的 IP 回收避免 IP 泄露等。并且，具备优秀的 IPAM 分配性能。

Spiderpool IPAM 组件能够为任何支持第三方 IPAM 的 main CNI 使用，不仅包含了 Macvlan CNI, ipvlan CNI, SR-IOV CNI, 也包括了 calico weave 作为静态 IP 场景使用。

  • underlay 和 overlay CNI 的多网卡接入

它包括了 “Pod 插入多个 underlay CNI 网卡”、“Pod 插入一个 overlay CNI 和 多个 underlay CNI 网卡”两种场景，Pod 具备多种 CNI 网卡，Spiderpool 能够为多个 underlay CNI 网卡定制不同的 IP 地址，调协所有网卡之间的策略路由，以确保请求向和回复向数据路径一致而避免丢包。它能够为 cilium, calico, kubevirt 等项目进行增强。

  • 增强网络连通性

众所周知，原生的 macvlan ipvlan SR-IOV 存在诸多通信限制。但是，Spiderpool 打通 Pod 和宿主机的连通性，确保 Pod 健康检测工作正常，并可通过 kube-proxy 或 eBPF kube-proxy replacement 使得 Pod 访问 service，支持 Pod 的 IP 冲突检测、网关可达性检测等。多集群网络可基于相同的 underlay 网络或者 Submariner 实现联通。

  • eBPF 增强

kube-proxy replacement 技术极大加速了访问 service 场景，同节点上的 socket 短路技术加速了本地 Pod 的通信效率。相比 kube proxy 解析方式，网络延时有最大 25% 的改善，网络吞吐有 50% 的提高。

  • RDMA

提供了基于 RoCE、infiniband 场景下的 RDMA 解决方案，POD 能够独享或共享使用 RDMA 设备，适合 AI 等网络性能需求高的应用。

  • 网络双栈支持

Spiderpool 组件和其提供的所有功能，支持 ipv4-only、ipv6-only、dual-stack 场景。

  • 优秀的网络延时和吞吐量性能

Spiderpool 在网络延时和吞吐量方面表现出色，超过了 overlay CNI，可参考 性能报告

  • 指标

应用场景

Spiderpool 基于 underlay CNI 提供了比 overlay CNI 还优越的网络性能，可参考 性能报告。具体可应用在如下：

  • 支持运行在裸金属、虚拟机、各大公有云厂商等环境，尤其为混合云提供了统一的 underlay CNI 解决方案。

  • 传统的主机应用。它们希望直接使用 underlay 网络进行通信，例如直接访问 underlay 多子网、多播、组播、二层网络通信等，它们不能接受 overlay 网络的 NAT，希望进行无缝移植的 Kubernetes 。

  • 中间件、数据存储、日志观测、AI 训练等网络 I/O 密集性应用

  • 网络延时敏感型应用

快速开始

参考 快速搭建 来使用 Spiderpool

参考 使用 来了解各种功能的使用方法

参考 架构 来了解架构设计

Roadmap

功能 macvlan ipvlan SR-IOV
Service By Kubeproxy Beta Beta Beta
Service By Kubeproxy Replacement Alpha Alpha Alpha
Network Policy In-plan Alpha In-plan
Bandwidth In-plan Alpha In-plan
RDMA Alpha Alpha Alpha
IPAM Beta Beta Beta
Multi-Cluster Alpha Alpha Alpha
Egress Policy Alpha Alpha Alpha
多网卡和路由调谐 beta beta beta
适用场景 裸金属 裸金属和虚拟机 裸金属

关于所有的功能规划，具体可参考 roadmap

Blogs

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使用者

使用了 Spiderpool 项目的 用户.

参与开发

可参考 开发搭建文档.

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