K8S 二进制部署-3

简介: K8S 二进制部署

六、部署 Worker Node 组件


//在所有 node 节点上操作
#创建kubernetes工作目录
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
#上传 node.zip 到 /opt 目录中,解压 node.zip 压缩包,获得kubelet.sh、proxy.sh
cd /opt/
unzip node.zip
chmod +x kubelet.sh proxy.sh

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//在 master01 节点上操作
#把 kubelet、kube-proxy 拷贝到 node 节点
cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
scp kubelet kube-proxy root@192.168.147.102:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy root@192.168.147.105:/opt/kubernetes/bin/

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#上传kubeconfig.sh文件到/opt/k8s/kubeconfig目录中,生成kubelet初次加入集群引导kubeconfig文件和kube-proxy.kubeconfig文件
#kubeconfig 文件包含集群参数(CA 证书、API Server 地址),客户端参数(上面生成的证书和私钥),集群 context 上下文参数(集群名称、用户名)。Kubenetes 组件(如 kubelet、kube-proxy)通过启动时指定不同的 kubeconfig 文件可以切换到不同的集群,连接到 apiserver。
mkdir /opt/k8s/kubeconfig
cd /opt/k8s/kubeconfig
chmod +x kubeconfig.sh
./kubeconfig.sh 192.168.147.100 /opt/k8s/k8s-cert/
vim kubeconfig.sh
#!/bin/bash
#example: kubeconfig 192.168.147.100 /opt/k8s/k8s-cert/
#创建bootstrap.kubeconfig文件
#该文件中内置了 token.csv 中用户的 Token,以及 apiserver CA 证书;kubelet 首次启动会加载此文件,使用 apiserver CA 证书建立与 apiserver 的 TLS 通讯,使用其中的用户 Token 作为身份标识向 apiserver 发起 CSR 请求
BOOTSTRAP_TOKEN=$(awk -F ',' '{print $1}' /opt/kubernetes/cfg/token.csv)
APISERVER=$1
SSL_DIR=$2
export KUBE_APISERVER="https://$APISERVER:6443"
# 设置集群参数
kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=$SSL_DIR/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER} \
  --kubeconfig=bootstrap.kubeconfig
#--embed-certs=true:表示将ca.pem证书写入到生成的bootstrap.kubeconfig文件中
# 设置客户端认证参数,kubelet 使用 bootstrap token 认证
kubectl config set-credentials kubelet-bootstrap \
  --token=${BOOTSTRAP_TOKEN} \
  --kubeconfig=bootstrap.kubeconfig
# 设置上下文参数
kubectl config set-context default \
  --cluster=kubernetes \
  --user=kubelet-bootstrap \
  --kubeconfig=bootstrap.kubeconfig
# 使用上下文参数生成 bootstrap.kubeconfig 文件
kubectl config use-context default --kubeconfig=bootstrap.kubeconfig
#----------------------
#创建kube-proxy.kubeconfig文件
# 设置集群参数
kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=$SSL_DIR/ca.pem \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER} \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
# 设置客户端认证参数,kube-proxy 使用 TLS 证书认证
kubectl config set-credentials kube-proxy \
  --client-certificate=$SSL_DIR/kube-proxy.pem \
  --client-key=$SSL_DIR/kube-proxy-key.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
# 设置上下文参数
kubectl config set-context default \
  --cluster=kubernetes \
  --user=kube-proxy \
  --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig
# 使用上下文参数生成 kube-proxy.kubeconfig 文件
kubectl config use-context default --kubeconfig=kube-proxy.kubeconfig

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#把配置文件 bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig 拷贝到 node 节点
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.147.102:/opt/kubernetes/cfg/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.147.105:/opt/kubernetes/cfg/

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#RBAC授权,使用户 kubelet-bootstrap 能够有权限发起 CSR 请求证书
kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --user=kubelet-bootstrap
若执行失败,可先给kubectl绑定默认cluster-admin管理员集群角色,授权集群操作权限
kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous
------------------------------------------------------------------------------------------
kubelet 采用 TLS Bootstrapping 机制,自动完成到 kube-apiserver 的注册,在 node 节点量较大或者后期自动扩容时非常有用。
Master apiserver 启用 TLS 认证后,node 节点 kubelet 组件想要加入集群,必须使用CA签发的有效证书才能与 apiserver 通信,当 node 节点很多时,签署证书是一件很繁琐的事情。因此 Kubernetes 引入了 TLS bootstraping 机制来自动颁发客户端证书,kubelet 会以一个低权限用户自动向 apiserver 申请证书,kubelet 的证书由 apiserver 动态签署。
kubelet 首次启动通过加载 bootstrap.kubeconfig 中的用户 Token 和 apiserver CA 证书发起首次 CSR 请求,这个 Token 被预先内置在 apiserver 节点的 token.csv 中,其身份为 kubelet-bootstrap 用户和 system:kubelet-bootstrap 用户组;想要首次 CSR 请求能成功(即不会被 apiserver 401 拒绝),则需要先创建一个 ClusterRoleBinding,将 kubelet-bootstrap 用户和 system:node-bootstrapper 内置 ClusterRole 绑定(通过 kubectl get clusterroles 可查询),使其能够发起 CSR 认证请求。
TLS bootstrapping 时的证书实际是由 kube-controller-manager 组件来签署的,也就是说证书有效期是 kube-controller-manager 组件控制的;kube-controller-manager 组件提供了一个 --experimental-cluster-signing-duration 参数来设置签署的证书有效时间;默认为 8760h0m0s,将其改为 87600h0m0s,即 10 年后再进行 TLS bootstrapping 签署证书即可。
也就是说 kubelet 首次访问 API Server 时,是使用 token 做认证,通过后,Controller Manager 会为 kubelet 生成一个证书,以后的访问都是用证书做认证了。

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//在 node01 节点上操作
#启动 kubelet 服务
cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.147.102
ps aux | grep kubelet
vim kubelet.sh
#!/bin/bash
NODE_ADDRESS=$1
DNS_SERVER_IP=${2:-"10.0.0.2"}
#创建 kubelet 启动参数配置文件
cat >/opt/kubernetes/cfg/kubelet <<EOF
KUBELET_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--hostname-override=${NODE_ADDRESS} \\
--network-plugin=cni \\
--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.kubeconfig \\
--bootstrap-kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/bootstrap.kubeconfig \\
--config=/opt/kubernetes/cfg/kubelet.config \\
--cert-dir=/opt/kubernetes/ssl \\
--pod-infra-container-image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google-containers/pause-amd64:3.0"
EOF
#--hostname-override:指定kubelet节点在集群中显示的主机名或IP地址,默认使用主机hostname;kube-proxy和kubelet的此项参数设置必须>完全一致
#--network-plugin:启用CNI
#--kubeconfig:指定kubelet.kubeconfig文件位置,当前为空路径,会自动生成,用于如何连接到apiserver,里面含有kubelet证书,master授
权完成后会在node节点上生成 kubelet.kubeconfig 文件
#--bootstrap-kubeconfig:指定连接 apiserver 的 bootstrap.kubeconfig 文件
#--config:指定kubelet配置文件的路径,启动kubelet时将从此文件加载其配置
#--cert-dir:指定master颁发的kubelet证书生成目录
#--pod-infra-container-image:指定Pod基础容器(Pause容器)的镜像。Pod启动的时候都会启动一个这样的容器,每个pod之间相互通信需要Pause的支持,启动Pause需要Pause基础镜像
#----------------------
#创建kubelet配置文件(该文件实际上就是一个yml文件,语法非常严格,不能出现tab键,冒号后面必须要有空格,每行结尾也不能有空格)
cat >/opt/kubernetes/cfg/kubelet.config <<EOF
kind: KubeletConfiguration
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
address: ${NODE_ADDRESS}
port: 10250
readOnlyPort: 10255
cgroupDriver: cgroupfs
clusterDNS:
- ${DNS_SERVER_IP} 
clusterDomain: cluster.local
failSwapOn: false
authentication:
  anonymous:
    enabled: true
EOF
#PS:当命令行参数与此配置文件(kubelet.config)有相同的值时,就会覆盖配置文件中的该值。
#----------------------
#创建 kubelet.service 服务管理文件
cat >/usr/lib/systemd/system/kubelet.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet
After=docker.service
Requires=docker.service
[Service]
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/kubelet
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kubelet \$KUBELET_OPTS
Restart=on-failure
KillMode=process
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload
systemctl enable kubelet
systemctl restart kubelet

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//在 master01 节点上操作,通过 CSR 请求
#检查到 node01 节点的 kubelet 发起的 CSR 请求,Pending 表示等待集群给该节点签发证书
kubectl get csr
NAME                                                   AGE     SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-uxhz6ALFXa9AEzaSTr2LvAGeLUaCu8sAXsZkIxvg9Ao   3m29s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending

9bd9032b3e4e41ebb3b83d5ca1547f9e.png

#通过 CSR 请求
kubectl certificate approve node-csr-uxhz6ALFXa9AEzaSTr2LvAGeLUaCu8sAXsZkIxvg9Ao

6e3e74fa4a464c9f901b600cc6210183.png

#Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书
kubectl get csr
NAME                                                   AGE     SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-uxhz6ALFXa9AEzaSTr2LvAGeLUaCu8sAXsZkIxvg9Ao   5m44s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Approved,Issued

324cd111e75f47b5ba1333b7a815e151.png


#查看节点,由于网络插件还没有部署,节点会没有准备就绪 NotReady
kubectl get node
NAME              STATUS     ROLES    AGE    VERSION
192.168.147.102   NotReady   <none>   108s   v1.20.11

7b118214376649808d0d858f91178fba.png


//在 node01 节点上操作
#加载 ip_vs 模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done

94a41f58a9ac4f5b987d0bb1b579fdc2.png


#启动proxy服务
cd /opt/
./proxy.sh 192.168.147.102
ps aux | grep kube-proxy
vim /proxy.sh
#!/bin/bash
NODE_ADDRESS=$1
#创建 kube-proxy 启动参数配置文件
cat >/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy <<EOF
KUBE_PROXY_OPTS="--logtostderr=true \\
--v=4 \\
--hostname-override=${NODE_ADDRESS} \\
--cluster-cidr=172.17.0.0/16 \\
--proxy-mode=ipvs \\
--kubeconfig=/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy.kubeconfig"
EOF
#--hostnameOverride: 参数值必须与 kubelet 的值一致,否则 kube-proxy 启动后会找不到该 Node,从而不会创建任何 ipvs 规则
#--cluster-cidr:指定 Pod 网络使用的聚合网段,Pod 使用的网段和 apiserver 中指定的 service 的 cluster ip 网段不是同一个网段。 kube-proxy 根据 --cluster-cidr 判断集群内部和外部流量,指定 --cluster-cidr 选项后 kube-proxy 才会对访问 Service IP 的请求做 SNAT>,即来自非 Pod 网络的流量被当成外部流量,访问 Service 时需要做 SNAT。
#--proxy-mode:指定流量调度模式为ipvs模式,可添加--ipvs-scheduler选项指定ipvs调度算法(rr|wrr|lc|wlc|lblc|lblcr|dh|sh|sed|nq)
#--kubeconfig: 指定连接 apiserver 的 kubeconfig 文件    
#----------------------
#创建 kube-proxy.service 服务管理文件
cat >/usr/lib/systemd/system/kube-proxy.service <<EOF
[Unit]
Description=Kubernetes Proxy
After=network.target
[Service]
EnvironmentFile=-/opt/kubernetes/cfg/kube-proxy
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/kube-proxy \$KUBE_PROXY_OPTS
Restart=on-failure
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
systemctl daemon-reload
systemctl enable kube-proxy
systemctl restart kube-proxy

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七、部署 CNI 网络组件


7.1 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)共享同一个网络命名空间,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/cni0 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。

通过Overlay技术(可以理解成隧道技术),在原始报文外再包一层四层协议(UDP协议),通过主机网络进行路由转发。这种方式性能有一定损耗,主要体现在对原始报文的修改。目前Overlay主要采用VXLAN。


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:

数据从主机 A 上 Pod 的源容器中发出后,经由所在主机的 docker0/cni0 网络接口转发到 flannel0 接口,flanneld 服务监听在 flannel0 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 A 的 flanneld 服务将原本的数据内容封装到 UDP 报文中, 根据自己的路由表通过物理网卡投递给目的节点主机 B 的 flanneld 服务,数据到达以后被解包,然后直接进入目的节点的 flannel0 接口, 之后被转发到目的主机的 docker0/cni0 网桥,最后就像本机容器通信一样由 docker0/cni0 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 模式使用比较简单,flannel 会在各节点生成一个 flannel.1 的 VXLAN 网卡(VTEP设备,负责 VXLAN 封装和解封装)。

VXLAN 模式下封包与解包的工作是由内核进行的。flannel 不转发数据,仅动态设置 ARP 表和 MAC 表项。

UDP 模式的 flannel0 网卡是三层转发,使用 flannel0 时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 是数据帧,属于 mac in udp 。


Flannel VXLAN 模式跨主机的工作原理:

1、数据帧从主机 A 上 Pod 的源容器中发出后,经由所在主机的 docker0/cni0 网络接口转发到 flannel.1 接口

2、flannel.1 收到数据帧后添加 VXLAN 头部,封装在 UDP 报文中

3、主机 A 通过物理网卡发送封包到主机 B 的物理网卡中

4、主机 B 的物理网卡再通过 VXLAN 默认端口 4789 转发到 flannel.1 接口进行解封装

5、解封装以后,内核将数据帧发送到 cni0,最后由 cni0 发送到桥接到此接口的容器 B 中。


//在 node01 节点上操作
#上传 cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 和 flannel.tar 到 /opt 目录中
cd /opt/
docker load -i flannel.tar
mkdir -p /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

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//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 
vim kube-flannel.yml
---
apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: psp.flannel.unprivileged
  annotations:
    seccomp.security.alpha.kubernetes.io/allowedProfileNames: docker/default
    seccomp.security.alpha.kubernetes.io/defaultProfileName: docker/default
    apparmor.security.beta.kubernetes.io/allowedProfileNames: runtime/default
    apparmor.security.beta.kubernetes.io/defaultProfileName: runtime/default
spec:
  privileged: false
  volumes:
  - configMap
  - secret
  - emptyDir
  - hostPath
  allowedHostPaths:
  - pathPrefix: "/etc/cni/net.d"
  - pathPrefix: "/etc/kube-flannel"
  - pathPrefix: "/run/flannel"
  readOnlyRootFilesystem: false
  # Users and groups
  runAsUser:
    rule: RunAsAny
  supplementalGroups:
    rule: RunAsAny
  fsGroup:
    rule: RunAsAny
  # Privilege Escalation
  allowPrivilegeEscalation: false
  defaultAllowPrivilegeEscalation: false
  # Capabilities
  allowedCapabilities: ['NET_ADMIN', 'NET_RAW']
  defaultAddCapabilities: []
  requiredDropCapabilities: []
  # Host namespaces
  hostPID: false
  hostIPC: false
  hostNetwork: true
  hostPorts:
  - min: 0
    max: 65535
  # SELinux
  seLinux:
    # SELinux is unused in CaaSP
    rule: 'RunAsAny'
---
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: flannel
rules:
- apiGroups: ['extensions']
  resources: ['podsecuritypolicies']
  verbs: ['use']
  resourceNames: ['psp.flannel.unprivileged']
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - pods
  verbs:
  - get
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes
  verbs:
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes/status
  verbs:
  - patch
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: flannel
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: flannel
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: flannel
  namespace: kube-system
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: flannel
  namespace: kube-system
---
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: kube-flannel-cfg
  namespace: kube-system
  labels:
    tier: node
    app: flannel
data:
  cni-conf.json: |
    {
      "name": "cbr0",
      "cniVersion": "0.3.1",
      "plugins": [
        {
          "type": "flannel",
          "delegate": {
            "hairpinMode": true,
            "isDefaultGateway": true
          }
        },
        {
          "type": "portmap",
          "capabilities": {
            "portMappings": true
          }
        }
      ]
    }
  net-conf.json: |
    {
      "Network": "10.244.0.0/16",
      "Backend": {
        "Type": "vxlan"
      }
    }
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: kube-flannel-ds
  namespace: kube-system
  labels:
    tier: node
    app: flannel
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: flannel
  template:
    metadata:
      labels:
        tier: node
        app: flannel
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: kubernetes.io/os
                operator: In
                values:
                - linux
      hostNetwork: true
      priorityClassName: system-node-critical
      tolerations:
      - operator: Exists
        effect: NoSchedule
      serviceAccountName: flannel
      initContainers:
      - name: install-cni
        image: quay.io/coreos/flannel:v0.14.0
        command:
        - cp
        args:
        - -f
        - /etc/kube-flannel/cni-conf.json
        - /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
        volumeMounts:
        - name: cni
          mountPath: /etc/cni/net.d
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
      containers:
      - name: kube-flannel
        image: quay.io/coreos/flannel:v0.14.0
        command:
        - /opt/bin/flanneld
        args:
        - --ip-masq
        - --kube-subnet-mgr
        resources:
          requests:
            cpu: "100m"
            memory: "50Mi"
          limits:
            cpu: "100m"
            memory: "50Mi"
        securityContext:
          privileged: false
          capabilities:
            add: ["NET_ADMIN", "NET_RAW"]
        env:
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name
        - name: POD_NAMESPACE
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.namespace
        volumeMounts:
        - name: run
          mountPath: /run/flannel
        - name: flannel-cfg
          mountPath: /etc/kube-flannel/
      volumes:
      - name: run
        hostPath:
          path: /run/flannel
      - name: cni
        hostPath:
          path: /etc/cni/net.d
      - name: flannel-cfg
        configMap:
          name: kube-flannel-cfg

94a43f7d22334456beeba65d8abb0cca.png

kubectl get pods -n kube-system
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kube-flannel-ds-x4fqw   1/1     Running   0          44s

a8dd7b510ac6425f812faba4a7b9bf69.png


kubectl get nodes
NAME              STATUS   ROLES    AGE    VERSION
192.168.147.102   Ready    <none>   102m   v1.20.11


fc15e339a6ac48048fcb85fa367423c5.png

7.2 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。

采用直接路由的方式,这种方式性能损耗最低,不需要修改报文数据,但是如果网络比较复杂场景下,路由表会很复杂,对运维同事提出了较高的要求。


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CNI网络组件是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_CIDR
     value: "10.244.0.0/16"        #Calico 默认使用的网段为 192.168.0.0/16
kubectl apply -f calico.yaml
kubectl get pods -n kube-system
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
calico-kube-controllers-659bd7879c-4h8vk   1/1     Running   0          58s
calico-node-nsm6b                          1/1     Running   0          58s
calico-node-tdt8v                          1/1     Running   0          58s
#等 Calico Pod 都 Running,节点也会准备就绪
kubectl get nodes

7.3 node02 节点部署

//在 node01 节点上操作
cd /opt/
scp kubelet.sh proxy.sh root@192.168.147.105:/opt/
scp -r /opt/cni root@192.168.147.105:/opt/

43f57e3533c14a318b622ff7be986592.png


//在 node02 节点上操作
#启动kubelet服务
cd /opt/
chmod +x kubelet.sh
./kubelet.sh 192.168.147.105


7185ff28315b4efd82f64769c865f8fd.png

//在 master01 节点上操作
kubectl get csr
NAME                                                   AGE     SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-a0wQgyOa2XhBKrxRTYUa6JwTcXP5IWHzSo5I-_oLhSw   2m21s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending

5b7495b09932438eb417935e8a2974a9.png


#通过 CSR 请求
kubectl certificate approve node-csr-a0wQgyOa2XhBKrxRTYUa6JwTcXP5IWHzSo5I-_oLhSw

351be401caa1422f91b1fb12f80e928d.png


kubectl get csr
NAME                                                   AGE     SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-a0wQgyOa2XhBKrxRTYUa6JwTcXP5IWHzSo5I-_oLhSw   5m10s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Approved,Issued

66ae5bd44e1d4085909b98b1401c83bc.png


//在 node02 节点上操作
#加载 ipvs 模块
for i in $(ls /usr/lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/netfilter/ipvs|grep -o "^[^.]*");do echo $i; /sbin/modinfo -F filename $i >/dev/null 2>&1 && /sbin/modprobe $i;done
3ffaf378155f4b4bb8a7e6d778194225.png


#使用proxy.sh脚本启动proxy服务
cd /opt/
chmod +x proxy.sh
./proxy.sh 192.168.147.105

046efea0dcdd4694ad9365f2fc3eb133.png


#查看群集中的节点状态
kubectl get nodes

5340713ec7764104a0c57958b5b2873a.png


八、部署 CoreDNS


CoreDNS:可以为集群中的 service 资源创建一个域名 与 IP 的对应关系解析


//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


30ad02d86d4544be8cc8891c5a22934a.png

//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.yaml
vim coredns.yaml
# __MACHINE_GENERATED_WARNING__
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
  labels:
      kubernetes.io/cluster-service: "true"
      addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  labels:
    kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
  name: system:coredns
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - endpoints
  - services
  - pods
  - namespaces
  verbs:
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - nodes
  verbs:
  - get
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  annotations:
    rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: "true"
  labels:
    kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults
    addonmanager.kubernetes.io/mode: EnsureExists
  name: system:coredns
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: system:coredns
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: coredns
  namespace: kube-system
---
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
  labels:
      addonmanager.kubernetes.io/mode: EnsureExists
data:
  Corefile: |
    .:53 {
        errors
        health {
            lameduck 5s
        }
        ready
        kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
            pods insecure
            fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
            ttl 30
        }
        prometheus :9153
        forward . /etc/resolv.conf {
            max_concurrent 1000
        }
        cache 30
        loop
        reload
        loadbalance
    }
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: coredns
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: kube-dns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
    kubernetes.io/name: "CoreDNS"
spec:
  # replicas: not specified here:
  # 1. In order to make Addon Manager do not reconcile this replicas parameter.
  # 2. Default is 1.
  # 3. Will be tuned in real time if DNS horizontal auto-scaling is turned on.
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: kube-dns
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: kube-dns
    spec:
      securityContext:
        seccompProfile:
          type: RuntimeDefault
      priorityClassName: system-cluster-critical
      serviceAccountName: coredns
      affinity:
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                  - key: k8s-app
                    operator: In
                    values: ["kube-dns"]
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
      tolerations:
        - key: "CriticalAddonsOnly"
          operator: "Exists"
      nodeSelector:
        kubernetes.io/os: linux
      containers:
      - name: coredns
        image: k8s.gcr.io/coredns:1.7.0
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        resources:
          limits:
            memory: 170Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 70Mi
        args: [ "-conf", "/etc/coredns/Corefile" ]
        volumeMounts:
        - name: config-volume
          mountPath: /etc/coredns
          readOnly: true
        ports:
        - containerPort: 53
          name: dns
          protocol: UDP
        - containerPort: 53
          name: dns-tcp
          protocol: TCP
        - containerPort: 9153
          name: metrics
          protocol: TCP
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
            scheme: HTTP
          initialDelaySeconds: 60
          timeoutSeconds: 5
          successThreshold: 1
          failureThreshold: 5
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 8181
            scheme: HTTP
        securityContext:
          allowPrivilegeEscalation: false
          capabilities:
            add:
            - NET_BIND_SERVICE
            drop:
            - all
          readOnlyRootFilesystem: true
      dnsPolicy: Default
      volumes:
        - name: config-volume
          configMap:
            name: coredns
            items:
            - key: Corefile
              path: Corefile
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kube-dns
  namespace: kube-system
  annotations:
    prometheus.io/port: "9153"
    prometheus.io/scrape: "true"
  labels:
    k8s-app: kube-dns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
    kubernetes.io/name: "CoreDNS"
spec:
  selector:
    k8s-app: kube-dns
  clusterIP: 10.0.0.2
  ports:
  - name: dns
    port: 53
    protocol: UDP
  - name: dns-tcp
    port: 53
    protocol: TCP
  - name: metrics
    port: 9153
    protocol: TCP

00e6d5b493894755b6b145363e9af1fa.png



kubectl get pods -n kube-system 
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-5ffbfd976d-j6shb      1/1     Running   0          32s

2e99e215e8cc4f928c6532cbfb1f58f0.png

#DNS 解析测试
kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox:1.28.4 sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # nslookup kubernetes
Server:    10.0.0.2
Address 1: 10.0.0.2 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local
Name:      kubernetes
Address 1: 10.0.0.1 kubernetes.default.svc.cluster.local

340d511f9a2a4422b054fe957946b941.png


注: 如果出现以下报错


[root@master01 k8s]# kubectl run -it --rm dns-test --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)
pod "dns-test" deleted
Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log dns-test)

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


相关实践学习
深入解析Docker容器化技术
Docker是一个开源的应用容器引擎,让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中,然后发布到任何流行的Linux机器上,也可以实现虚拟化,容器是完全使用沙箱机制,相互之间不会有任何接口。Docker是世界领先的软件容器平台。开发人员利用Docker可以消除协作编码时“在我的机器上可正常工作”的问题。运维人员利用Docker可以在隔离容器中并行运行和管理应用,获得更好的计算密度。企业利用Docker可以构建敏捷的软件交付管道,以更快的速度、更高的安全性和可靠的信誉为Linux和Windows Server应用发布新功能。 在本套课程中,我们将全面的讲解Docker技术栈,从环境安装到容器、镜像操作以及生产环境如何部署开发的微服务应用。本课程由黑马程序员提供。 &nbsp; &nbsp; 相关的阿里云产品:容器服务 ACK 容器服务 Kubernetes 版(简称 ACK)提供高性能可伸缩的容器应用管理能力,支持企业级容器化应用的全生命周期管理。整合阿里云虚拟化、存储、网络和安全能力,打造云端最佳容器化应用运行环境。 了解产品详情: https://www.aliyun.com/product/kubernetes
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