部署 CNI网络组件-编程知识

部署 flannel

K8S 中 Pod 网络通信：
●Pod 内容器与容器之间的通信
在同一个 Pod 内的容器（Pod 内的容器是不会跨宿主机的）共享同一个网络命令空间，
相当于它们在同一台机器上一样，可以用 localhost 地址访问彼此的端口。

●同一个 Node 内 Pod 之间的通信
每个 Pod 都有一个真实的全局 IP 地址，
同一个 Node 内的不同 Pod 之间可以直接采用对方 Pod 的 IP 地址进行通信，
Pod1 与 Pod2 都是通过 Veth 连接到同一个 docker0 网桥，网段相同，所以它们之间可以直接通信。

●不同 Node 上 Pod 之间的通信
Pod 地址与 docker0 在同一网段，docker0 网段与宿主机网卡是两个不同的网段，
且不同 Node 之间的通信只能通过宿主机的物理网卡进行。
要想实现不同 Node 上 Pod 之间的通信，就必须想办法通过主机的物理网卡 IP 地址进行寻址和通信。
因此要满足两个条件：Pod 的 IP 不能冲突；将 Pod 的 IP 和所在的 Node 的 IP 关联起来，
通过这个关联让不同 Node 上 Pod 之间直接通过内网 IP 地址通信。

Overlay Network：
叠加网络，在二层或者三层基础网络上叠加的一种虚拟网络技术模式，
该网络中的主机通过虚拟链路隧道连接起来（类似于VPN）。

VXLAN：
将源数据包封装到UDP中，并使用基础网络的IP/MAC作为外层报文头进行封装，
然后在以太网上传输，到达目的地后由隧道端点解封装并将数据发送给目标地址。

Flannel:
Flannel 的功能是让集群中的不同节点主机创建的 Docker 容器都具有全集群唯一的虚拟 IP 地址。
Flannel 是 Overlay 网络的一种，也是将 TCP 源数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，
目前支持 udp、vxlan、 host-GW 3种数据转发方式。

Flannel udp 模式的工作原理

数据从 node01 上 Pod 的源容器中发出后，
经由所在主机的 docker0 虚拟网卡转发到 flannel.1 虚拟网卡，
flanneld 服务监听在 flannel.1 虚拟网卡的另外一端。
Flannel 通过 Etcd 服务维护了一张节点间的路由表。
源主机 node01 的 flanneld 服务将原本的数据内容封装到 UDP 中后根据自己的路由表通过物理网卡投递给目的节点 node02 的 flanneld 服务，
数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的 flannel.1 虚拟网卡，
之后被转发到目的主机的 docker0 虚拟网卡，最后就像本机容器通信一样由 docker0 转发到目标容器。

#ETCD 之 Flannel 提供说明:
存储管理Flannel可分配的IP地址段资源
监控 ETCD 中每个 Pod 的实际地址，并在内存中建立维护 Pod 节点路由表

由于 udp 模式是在用户态做转发，会多一次报文隧道封装，因此性能上会比在内核态做转发的 vxlan 模式差。

#vxlan 模式：
vxlan 是一种overlay（虚拟隧道通信）技术，通过三层网络搭建虚拟的二层网络，跟 udp 模式具体实现不太一样:
（1）udp模式是在用户态实现的，数据会先经过tun网卡，到应用程序，应用程序再做隧道封装，
再进一次内核协议栈，而vxlan是在内核当中实现的，只经过一次协议栈，在协议栈内就把vxlan包组装好
（2）udp模式的tun网卡是三层转发，使用tun是在物理网络之上构建三层网络，
属于ip in udp，vxlan模式是二层实现， overlay是二层帧，属于mac in udp
（3）vxlan由于采用mac in udp的方式，所以实现起来会涉及mac地址学习，
arp广播等二层知识，udp模式主要关注路由

Flannel vxlan 模式的工作原理

vxlan在内核当中实现，当数据包使用vxlan设备发送数据时，
会打上vlxan的头部信息，在发送出去，对端解包，flannel.1网卡把原始报文发送到目的服务器。

部署vxlan

//在 node节点上操作

#上传 cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz  和 flannel.tar 到 /opt 目录中
cd /opt/
docker load -i flannel.tarmkdir /opt/cni/bin -p
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz

//在 master01 节点上操作

#上传 kube-flannel.yml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CNI 网络
cd /opt/k8s
kubectl apply -f kube-flannel.yml kubectl get pods -n kube-system
kubectl get nodes

部署 Calico

#k8s 组网方案对比:
●flannel方案
需要在每个节点上把发向容器的数据包进行封装后，
再用隧道将封装后的数据包发送到运行着目标Pod的node节点上。
目标node节点再负责去掉封装，将去除封装的数据包发送到目标Pod上。
数据通信性能则大受影响。

●calico方案
Calico不使用隧道或NAT来实现转发，而是把Host当作Internet中的路由器，
使用BGP同步路由，并使用iptables来做安全访问策略，完成跨Host转发来。

#Calico 主要由三个部分组成：
Calico CNI插件：主要负责与kubernetes对接，供kubelet调用使用。
Felix：负责维护宿主机上的路由规则、FIB转发信息库等。
BIRD：负责分发路由规则，类似路由器。
Confd：配置管理组件。

#Calico 工作原理：

Calico 是通过路由表来维护每个 pod 的通信。
Calico 的 CNI 插件会为每个容器设置一个 veth pair 设备，
然后把另一端接入到宿主机网络空间，
由于没有网桥，CNI 插件还需要在宿主机上为每个容器的 veth pair 设备配置一条路由规则，
用于接收传入的IP包。
有了这样的 veth pair 设备以后，容器发出的IP包就会通过 veth pair 设备到达宿主机，
然后宿主机根据路由规则的下一跳地址，发送给正确的网关，然后到达目标宿主机，再到达目标容器。
这些路由规则都是 Felix 维护配置的，而路由信息则是 Calico BIRD 组件基于 BGP 分发而来。
calico 实际上是将集群里所有的节点都当做边界路由器来处理，他们一起组成了一个全互联的网络，
彼此之间通过 BGP 交换路由，这些节点我们叫做 BGP Peer。

目前比较常用的时flannel和calico，flannel的功能比较简单，不具备复杂的网络策略配置能力，
calico是比较出色的网络管理插件，但具备复杂网络配置能力的同时，往往意味着本身的配置比较复杂，
所以相对而言，比较小而简单的集群使用flannel，考虑到日后扩容，未来网络可能需要加入更多设备，
配置更多网络策略，则使用calico更好。

在 master01 节点上操作

#上传 calico.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CNI 网络
cd /opt/k8s
vim calico.yaml
#修改里面定义 Pod 的网络（CALICO_IPV4POOL_CIDR），需与前面 kube-controller-manager 配置文件指定的 cluster-cidr 网段一样- name: CALICO_IPV4POOL_CIDRvalue: "10.244.0.0/16"        #Calico 默认使用的网段为 192.168.0.0/16kubectl apply -f calico.yaml

kubectl get pods -n kube-system

#等 Calico Pod 都 Running，节点也会准备就绪
kubectl get nodes

部署 CoreDNS

//在所有 node 节点上操作

#上传 coredns.tar 到 /opt 目录中
cd /opt
docker load -i coredns.tar

//在 master01 节点上操作

#上传 coredns.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 CoreDNS 
cd /opt/k8s
kubectl apply -f coredns.yamlkubectl get pods -n kube-system

#DNS 解析测试

kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox:1.28.4 sh

nslookup kubernetes

注：
如果出现以下报错
[root@master01 k8s]# kubectl run -it --image=busybox:1.28.4 sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
Error attaching, falling back to logs: unable to upgrade connection: Forbidden (user=system:anonymous, verb=create, resource=nodes, subresource=proxy)
Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log sh)

需要添加 rbac的权限直接使用kubectl绑定 clusteradmin 管理员集群角色授权操作权限

[root@master01 k8s]# kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cluster-system-anonymous created

master02 节点部署

//从 master01 节点上

拷贝证书文件、各master组件的配置文件和服务管理文件到 master02 节点

scp -r /opt/etcd/ root@20.0.0.60:/opt/
scp -r /opt/kubernetes/ root@20.0.0.60:/opt
scp -r /root/.kube root@20.0.0.60:/root
scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service root@20.0.0.60:/usr/lib/systemd/system/

//在 master02 节点上启动各服务并设置开机自启

//修改配置文件kube-apiserver中的IP

vim /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver

systemctl start kube-apiserver.service
systemctl enable kube-apiserver.service
systemctl start kube-controller-manager.service
systemctl enable kube-controller-manager.service
systemctl start kube-scheduler.service
systemctl enable kube-scheduler.service

//查看node节点状态

ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/
kubectl get nodes
kubectl get nodes -o wide #-o=wide：输出额外信息；对于Pod，将输出Pod所在的Node名

//此时在master02节点查到的node节点状态仅是从etcd查询到的信息，而此时node节点实际上并未与master02节点建立通信连接，因此需要使用一个VIP把node节点与master节点都关联起来

负载均衡部署

//配置load balancer集群双机热备负载均衡（nginx实现负载均衡，keepalived实现双机热备）

##### 在lb01、lb02节点上操作 #####

//配置nginx的官方在线yum源，配置本地nginx的yum源

cat > /etc/yum.repos.d/nginx.repo << 'EOF'
[nginx]
name=nginx repo
baseurl=http://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
gpgcheck=0
EOFyum install nginx -y

//修改nginx配置文件

配置四层反向代理负载均衡，指定k8s群集2台master的节点ip和6443端口
vim /etc/nginx/nginx.conf
events {worker_connections  1024;
}#添加
stream {log_format  main  '$remote_addr $upstream_addr - [$time_local] $status $upstream_bytes_sent';access_log  /var/log/nginx/k8s-access.log  main;upstream k8s-apiserver {server 20.0.0.50:6443;server 20.0.0.60:6443;}server {listen 6443;proxy_pass k8s-apiserver;}
}http {
......

//检查配置文件语法

nginx -t

//启动nginx服务，查看已监听6443端口

systemctl start nginx
systemctl enable nginx
netstat -natp | grep nginx

部署keepalived服务

yum install keepalived -y

//修改keepalived配置文件

vim /etc/keepalived/keepalived.conf
! Configuration File for keepalivedglobal_defs {# 接收邮件地址notification_email {acassen@firewall.locfailover@firewall.locsysadmin@firewall.loc}# 邮件发送地址notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.locsmtp_server 127.0.0.1smtp_connect_timeout 30router_id NGINX_MASTER    #lb01节点的为 NGINX_MASTER，lb02节点的为 NGINX_BACKUP
}#添加一个周期性执行的脚本
vrrp_script check_nginx {script "/etc/nginx/check_nginx.sh"    #指定检查nginx存活的脚本路径
}vrrp_instance VI_1 {state MASTER            #lb01节点的为 MASTER，lb02节点的为 BACKUPinterface ens33            #指定网卡名称 ens33virtual_router_id 51    #指定vrid，两个节点要一致priority 100            #lb01节点的为 100，lb02节点的为 90advert_int 1authentication {auth_type PASSauth_pass 1111}virtual_ipaddress {20.0.0.110/24    #指定 VIP}track_script {check_nginx            #指定vrrp_script配置的脚本}
}

//创建nginx状态检查脚本

vim /etc/nginx/check_nginx.sh
#!/bin/bash
#egrep -cv "grep|$$" 用于过滤掉包含grep 或者 $$ 表示的当前Shell进程ID
count=$(ps -ef | grep nginx | egrep -cv "grep|$$")if [ "$count" -eq 0 ];thensystemctl stop keepalived
fichmod +x /etc/nginx/check_nginx.sh

//启动keepalived服务

（一定要先启动了nginx服务，再启动keepalived服务）systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived
ip a                #查看VIP是否生成

//修改node节点上的bootstrap.kubeconfig,kubelet.kubeconfig配置文件为VIP

cd /opt/kubernetes/cfg/
vim bootstrap.kubeconfig 
server: https://20.0.0.110:6443vim kubelet.kubeconfig
server: https://20.0.0.110:6443vim kube-proxy.kubeconfig
server: https://20.0.0.110:6443

//重启kubelet和kube-proxy服务

systemctl restart kubelet.service
systemctl restart kube-proxy.service

//在 lb01 上查看 nginx 和 node 、 master 节点的连接状态

netstat -natp | grep nginx

##### 在 master01 节点上操作 #####

//测试创建pod

kubectl run nginx --image=nginx

//查看Pod的状态信息

kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-dbddb74b8-nf9sk 0/1 ContainerCreating 0 33s #正在创建中

kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-dbddb74b8-nf9sk 1/1 Running 0 80s #创建完成，运行中

kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE
nginx-dbddb74b8-26r9l 1/1 Running 0 10m 172.17.36.2 192.168.80.15 <none>
//READY为1/1，表示这个Pod中有1个容器

//在对应网段的node节点上操作，可以直接使用浏览器或者curl命令访问

curl 172.17.36.2

//这时在master01节点上查看nginx日志，发现没有权限查看

kubectl logs nginx-dbddb74b8-nf9sk

部署 Dashboard

Dashboard 介绍
仪表板是基于Web的Kubernetes用户界面。您可以使用仪表板将容器化应用程序部署到Kubernetes集群，对容器化应用程序进行故障排除，并管理集群本身及其伴随资源。您可以使用仪表板来概述群集上运行的应用程序，以及创建或修改单个Kubernetes资源（例如部署，作业，守护进程等）。例如，您可以使用部署向导扩展部署，启动滚动更新，重新启动Pod或部署新应用程序。仪表板还提供有关群集中Kubernetes资源状态以及可能发生的任何错误的信息。

//在 master01 节点上操作

#上传 recommended.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中
cd /opt/k8s
vim recommended.yaml
#默认Dashboard只能集群内部访问，修改Service为NodePort类型，暴露到外部：
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:labels:k8s-app: kubernetes-dashboardname: kubernetes-dashboardnamespace: kubernetes-dashboard
spec:ports:- port: 443targetPort: 8443nodePort: 30001     #添加type: NodePort          #添加selector:k8s-app: kubernetes-dashboardkubectl apply -f recommended.yaml

#创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色

kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')