• 二进制搭建及高可用 Kubernetes v1.20


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    一、实验规划:

    二、操作系统初始化配置:

     1. 关闭防火墙  selinux:

     2. 关闭swap分区:

     3. 根据规划设置主机名:

     4. 所有主机添加hosts:

     5. 调整内核参数:

     6. 时间同步:

    三、部署 etcd 集群:

     1. 准备签发证书环境:

     2. 生成Etcd证书:

     3. 将相关文件转入etcd文件夹

     4. 启动etcd服务:

     4.1 在 node01 节点上操作:

     4.2 在 node02 节点上操作:

     5. 检查etcd群集状态:

    四、部署 docker引擎:

    五、部署 Master 组件:

     1. 上传所需文件:

     2. 生成证书:

     3. 准备k8s组件:

     4. 创建 bootstrap token 认证文件:

     5. 开启k8s各个服务组件:

     6. 授权kubectl访问集群:

     7. 通过kubectl工具查看当前集群组件状态:

    六、部署 Worker Node 组件

     1. 上传 kubelet.sh、proxy.sh部署脚本

     2. master节点将 kubelet、kube-proxy组件传入node节点:

     3. master节点上传kubeconfig.sh文件:

     4. master节点将配置文件拷贝到 node 节点:

     5. node节点启动 kubelet 服务:

     6. 查看节点:

    七、部署 CNI 网络组件:

     1. K8S 中 Pod 网络通信:

     2. Overlay Network:

     3. VXLAN:

     4. Flannel:

      4.1 flannel的三种模式:

      4.2 Flannel udp 模式的工作原理:

      4.3 flannel的VXLAN模式工作原理:

     5. Calico:

      5.1 calico的IPIP模式工作原理:

      5.2 calico的BGP模式工作原理:

     6. flannel 和 calico 的区别:

      6.1 flannel:

      6.2 calico:

     7. 部署 flannel:

      7.1 在 node01 节点上操作:

      7.2 在 master01 节点上操作:

     8. 部署 Calico:

      8.1 在 master01 节点上操作:

    八、部署 CoreDNS:

     1. 在所有 node 节点上操作:

     2. 解析测试:

    九、高可用部署:

     1. 部署master02节点:

      1.1 master01 节点上拷贝文件到master02:

      1.2 修改配置文件IP:

      1.3 启动各服务:

     2.负载均衡部署:

      2.1 安装配置nginx负载均衡:

      2.2 安装配置keepalived高可用:

     3. 修改node节点配置文件指向VIP:

    十、部署 Dashboard :

     1. Dashboard 介绍:

     2. 在 master01 节点创建service:

     3. 绑定管理员集群角色:

     4. 登录:


    一、实验规划:

    主机名ip地址所需组件
    master01192.168.88.100kube-apiserver、kubu-controller-manager、kube-scheduler、etcd
    master02192.168.88.101kube-apiserver、kubu-controller-manager、kube-scheduler
    master03192.168.88.103kube-apiserver、kubu-controller-manager、kube-scheduler
    node01192.168.88.104kubelet、kube-proxy、docker、flannel、etcd
    node02192.168.88.105kubelet、kube-proxy、docker、flannel、etcd
    负载均衡01192.168.88.106nginx+keepalive
    负载均衡02192.168.88.108nginx+keepalive

    二、操作系统初始化配置:

     1. 关闭防火墙  selinux:

    1. systemctl stop firewalld
    2. systemctl disable firewalld
    3. iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
    4. setenforce 0
    5. sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

     2. 关闭swap分区:

    1. swapoff -a
    2. sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

     3. 根据规划设置主机名:

    1. hostnamectl set-hostname master01
    2. hostnamectl set-hostname master02
    3. hostnamectl set-hostname master03
    4. hostnamectl set-hostname node01
    5. hostnamectl set-hostname node02

     4. 所有主机添加hosts:

    1. cat >> /etc/hosts << EOF
    2. 192.168.88.100 master01
    3. 192.168.88.101 master02
    4. 192.168.88.103 master03
    5. 192.168.88.103 node01
    6. 192.168.88.103 node02
    7. EOF

     5. 调整内核参数:

    1. cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF
    2. #开启网桥模式,可将网桥的流量传递给iptables链
    3. net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
    4. net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
    5. #关闭ipv6协议
    6. net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
    7. net.ipv4.ip_forward=1
    8. EOF
    9. sysctl --system

     6. 时间同步:

    1. yum install ntpdate -y
    2. ntpdate time.windows.com

    三、部署 etcd 集群:

    etcd是CoreOS团队于2013年6月发起的开源项目,它的目标是构建一个高可用的分布式键值(key-value)数据库。etcd内部采用raft协议作为一致性算法,etcd是go语言编写的。

    etcd 作为服务发现系统,有以下的特点:

    1. 简单:安装配置简单,而且提供了HTTP API进行交互,使用也很简单
    2. 安全:支持SSL证书验证
    3. 快速:单实例支持每秒2k+读操作
    4. 可靠:采用raft算法,实现分布式系统数据的可用性和一致性

    etcd 目前默认使用2379端口提供HTTP API服务, 2380端口和peer通信(这两个端口已经被IANA(互联网数字分配机构)官方预留给etcd)。 即etcd默认使用2379端口对外为客户端提供通讯,使用端口2380来进行服务器间内部通讯。
    etcd 在生产环境中一般推荐集群方式部署。由于etcd 的leader选举机制,要求至少为3台或以上的奇数台。

     1. 准备签发证书环境:

       CFSSL 是 CloudFlare 公司开源的一款 PKI/TLS 工具。 CFSSL 包含一个命令行工具和一个用于签名、验证和捆绑 TLS 证书的 HTTP API 服务。使用Go语言编写。
       CFSSL 使用配置文件生成证书,因此自签之前,需要生成它识别的 json 格式的配置文件,CFSSL 提供了方便的命令行生成配置文件。
       CFSSL 用来为 etcd 提供 TLS 证书,它支持签三种类型的证书:

    1. client 证书,服务端连接客户端时携带的证书,用于客户端验证服务端身份,如 kube-apiserver 访问 etcd;
    2. server 证书,客户端连接服务端时携带的证书,用于服务端验证客户端身份,如 etcd 对外提供服务;
    3. peer 证书,相互之间连接时使用的证书,如 etcd 节点之间进行验证和通信。
    4. 这里全部都使用同一套证书认证。
    • 在 master01 节点上操作:
    1. #准备cfssl证书生成工具
    2. wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl
    3. wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssljson
    4. wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl-certinfo
    5. 或自行上传工具
    6. chmod +x /usr/local/bin/cfssl*

    cfssl:证书签发的工具命令
    cfssljson:将 cfssl 生成的证书(json格式)变为文件承载式证书
    cfssl-certinfo:验证证书的信息
    cfssl-certinfo -cert <证书名称>            #查看证书的信息

     2. 生成Etcd证书:

    1. mkdir /opt/k8s
    2. cd /opt/k8s/
    3. #上传 etcd-cert.sh 和 etcd.sh 到 /opt/k8s/ 目录中
    4. chmod +x etcd-cert.sh etcd.sh
    5. #创建用于生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥的目录
    6. mkdir /opt/k8s/etcd-cert
    7. mv etcd-cert.sh etcd-cert/
    8. cd /opt/k8s/etcd-cert/
    9. ./etcd-cert.sh #生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥
    10. ls
    11. ca-config.json ca-csr.json ca.pem server.csr server-key.pem
    12. ca.csr ca-key.pem etcd-cert.sh server-csr.json server.pem
    13. #上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s 目录中
    14. cd /opt/k8s/
    15. tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz

      ls etcd-v3.4.9-linux-amd64

    Documentation  etcd  etcdctl  README-etcdctl.md  README.md  READMEv2-etcdctl.md

    etcd就是etcd 服务的启动命令,后面可跟各种启动参数
    etcdctl主要为etcd 服务提供了命令行操作

     3. 将相关文件转入etcd文件夹

    1. mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl} ##创建etcd工作文件夹
    2. cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/
    3. mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
    4. cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/ ##移动相关文件

     4. 启动etcd服务:

    1. cd /opt/k8s/
    2. ./etcd.sh etcd01 192.168.80.10 etcd02=https://192.168.80.11:2380,etcd03=https://192.168.80.12:2380
    3. #进入卡住状态等待其他节点加入,这里需要三台etcd服务同时启动,如果只启动其中一台后,服务会卡在那里,直到集群中所有etcd节点都已启动,可忽略这个情况
    4. 新开一个窗口
    5. #把etcd相关证书文件、命令文件和服务管理文件全部拷贝到另外两个etcd集群节点
    6. scp -r /opt/etcd/ root@192.168.88.104:/opt/
    7. scp -r /opt/etcd/ root@192.168.88.105:/opt/
    8. scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.88.104:/usr/lib/systemd/system/
    9. scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.88.104:/usr/lib/systemd/system/

     4.1 在 node01 节点上操作:

    1. vim /opt/etcd/cfg/etcd
    2. #[Member]
    3. ETCD_NAME="etcd02" #修改
    4. ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
    5. ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.88.104:2380" #修改
    6. ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.88.104:2379" #修改
    7. #[Clustering]
    8. ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.88.104:2380" #修改
    9. ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.88.104:2379" #修改
    10. ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.88.100:2380,etcd02=https://192.168.88.104:2380,etcd03=https://192.168.88.105:2380"
    11. ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
    12. ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
    13. #启动etcd服务
    14. systemctl start etcd
    15. systemctl enable etcd
    16. systemctl status etcd

     4.2 在 node02 节点上操作:

    1. vim /opt/etcd/cfg/etcd
    2. #[Member]
    3. ETCD_NAME="etcd02" #修改
    4. ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
    5. ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.88.105:2380" #修改
    6. ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.88.105:2379" #修改
    7. #[Clustering]
    8. ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.88.105:2380" #修改
    9. ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.88.105:2379" #修改
    10. ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.88.100:2380,etcd02=https://192.168.88.104:2380,etcd03=https://192.168.88.105:2380"
    11. ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
    12. ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
    13. #启动etcd服务
    14. systemctl start etcd
    15. systemctl enable etcd
    16. systemctl status etcd

     5. 检查etcd群集状态:

    ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.88.100:2379,https://192.168.88.104:2379,https://192.168.88.105:2379" endpoint health --write-out=table
    

    --cert-file:识别HTTPS端使用SSL证书文件
    --key-file:使用此SSL密钥文件标识HTTPS客户端
    --ca-file:使用此CA证书验证启用https的服务器的证书
    --endpoints:集群中以逗号分隔的机器地址列表
    cluster-health:检查etcd集群的运行状况

    1. #查看etcd集群成员列表
    2. ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem --endpoints="https://192.168.88.100:2379,https://192.168.88.104:2379,https://192.168.88.105:2379" --write-out=table member list

    四、部署 docker引擎:

    1. //所有 node 节点部署docker引擎
    2. yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
    3. yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
    4. yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
    5. cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
    6. {
    7. "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
    8. }
    9. EOF
    10. systemctl start docker.service
    11. systemctl enable docker.service

    五、部署 Master 组件:

     1. 上传所需文件:

    master.zip  k8s-cert.sh   kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz  

     2. 生成证书:

    1. #上传 master.zip 和 k8s-cert.sh 到 /opt/k8s 目录中,解压 master.zip 压缩包
    2. cd /opt/k8s/
    3. unzip master.zip
    4. chmod +x *.sh
    5. #创建kubernetes工作目录
    6. mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
    7. #创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录
    8. mkdir /opt/k8s/k8s-cert
    9. mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert
    10. cd /opt/k8s/k8s-cert/
    11. ./k8s-cert.sh #生成CA证书、相关组件的证书和私钥
    12. ls *pem
    13. admin-key.pem apiserver-key.pem ca-key.pem kube-proxy-key.pem
    14. admin.pem apiserver.pem ca.pem kube-proxy.pem
    15. #复制CA证书、apiserver相关证书和私钥到 kubernetes工作目录的 ssl 子目录中
    16. cp ca*pem apiserver*pem /opt/kubernetes/ssl/

     3. 准备k8s组件:

    1. #上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中,解压 kubernetes 压缩包
    2. cd /opt/k8s/
    3. tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
    4. #复制master组件的关键命令文件到 kubernetes工作目录的 bin 子目录中
    5. cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
    6. cp kube-apiserver kubectl kube-controller-manager kube-scheduler /opt/kubernetes/bin/
    7. ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/

     4. 创建 bootstrap token 认证文件:

       apiserver 启动时会调用,然后就相当于在集群内创建了一个这个用户,接下来就可以用 RBAC 给他授权

    1. cd /opt/k8s/
    2. vim token.sh
    3. #!/bin/bash
    4. #获取随机数前16个字节内容,以十六进制格式输出,并删除其中空格
    5. BOOTSTRAP_TOKEN=$(head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ')
    6. #生成 token.csv 文件,按照 Token序列号,用户名,UID,用户组 的格式生成
    7. cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv <<EOF
    8. ${BOOTSTRAP_TOKEN},kubelet-bootstrap,10001,"system:kubelet-bootstrap"
    9. EOF
    10. chmod +x token.sh
    11. ./token.sh
    12. cat /opt/kubernetes/cfg/token.csv

     5. 开启k8s各个服务组件:

    1. cd /opt/k8s/
    2. ./scheduler.sh
    3. ps aux | grep kube-scheduler
    4. ./controller-manager.sh
    5. ps aux | grep kube-controller-manager
    6. #生成kubectl连接集群的kubeconfig文件
    7. ./admin.sh

     6. 授权kubectl访问集群:

      绑定默认cluster-admin管理员集群角色,授权kubectl访问集群,

    kubelet第一次访问时会通过token证书校验,这里创建一个用户用于通过访问,第一次验证后kubelet会通过contorller-manager组件动态分发证书

    kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous

     7. 通过kubectl工具查看当前集群组件状态:

    1. kubectl get cs
    2. #查看版本信息
    3. kubectl version

    六、部署 Worker Node 组件

       在所有 node 节点上操作

    1. #创建kubernetes工作目录
    2. mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}

     1. 上传 kubelet.sh、proxy.sh部署脚本

    1. #上传 node.zip 到 /opt 目录中,解压 node.zip 压缩包,获得kubelet.sh、proxy.sh
    2. cd /opt/
    3. unzip node.zip
    4. chmod +x kubelet.sh proxy.sh

     2. master节点将 kubelet、kube-proxy组件传入node节点:

    1. #把 kubelet、kube-proxy 拷贝到 node 节点
    2. cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
    3. scp kubelet kube-proxy root@192.168.88.104:/opt/kubernetes/bin/
    4. scp kubelet kube-proxy root@192.168.88.105:/opt/kubernetes/bin/

     3. master节点上传kubeconfig.sh文件:

    #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。

    1. mkdir /opt/k8s/kubeconfig
    2. cd /opt/k8s/kubeconfig
    3. chmod +x kubeconfig.sh
    4. ./kubeconfig.sh 192.168.88.100 /opt/k8s/k8s-cert/

     4. master节点将配置文件拷贝到 node 节点:

    1. scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.80.11:/opt/kubernetes/cfg/
    2. scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.80.12:/opt/kubernetes/cfg/
    3. #RBAC授权,使用户 kubelet-bootstrap 能够有权限发起 CSR 请求证书
    4. kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --user=kubelet-bootstrap
    • 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。

     5. node节点启动 kubelet 服务:

    1. cd /opt/
    2. ./kubelet.sh 192.168.82.104
    3. ps aux | grep kubelet

     6. 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

     7. 加载 ip_vs 模块,启动proxy服务:

    1. 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
    2. cd /opt/
    3. ./proxy.sh 192.168.88.104
    4. ps aux | grep kube-proxy

    七、部署 CNI 网络组件:

     1. 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。

     2. 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)。

     3. 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。

     4. Flannel:

    1. 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。
    2. 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。

      4.1 flannel的三种模式:

    • UDP        出现最早的模式,但是性能较差,基于flanneld应用程序实现数据包的封装/解封装
    • VXLAN      默认模式,是推荐使用的模式,性能比UDP模式更好,基于内核实现数据帧的封装/解封装,配置简单使用方便
    • HOST-GW    性能最好的模式,但是配置复杂,且不能跨网段

      4.2 Flannel udp 模式的工作原理:

    1. 原始数据包从源主机的Pod容器发出到cni0网桥接口,再由cni0转发到flannel0虚拟接口
    2. flanneld服务进程会监听flannel0接口收到的数据,flanneld进程会将原始数据包封装到UDP报文里
    3. flanneld进程会根据在etcd中维护的路由表查到目标Pod所在的nodeIP,并在UDP报文外再封装nodeIP报文、MAC报文,再通过物理网卡发送到目标node节点
    4. UDP报文通过8285号端口送到目标node节点的flanneld进程进行解封装,再通过flannel0接口转发到cni0网桥,再由cni0转发到目标Pod容器

      4.3 flannel的VXLAN模式工作原理:

    1. 原始数据帧从源主机的Pod容器发出到cni0网桥接口,再由cni0转发到flannel.1虚拟接口
    2. flannel.1接口收到数据帧后添加VXLAN头部,并在内核将原始数据帧封装到UDP报文里
    3. flanneld进程根据在etcd维护的路由表将UDP报文通过物理网卡发送到目标node节点
    4. UDP报文通过8472号端口送到目标node节点的flannel.1接口在内核进行解封装,再通过flannel.1接口转发到cni0网桥,再由cni0转发到目标Pod容器

     5. Calico:

      5.1 calico的IPIP模式工作原理:

    1. 原始数据包从源主机的Pod容器发出到tunl0接口,并被内核的IPIP驱动封装到节点网络的IP报文里
    2. 再根据tunl0接口的路由经过物理网卡发送到目标node节点
    3. IP数据包到达目标node节点后再通过内核的IPIP驱动解包得到原始IP数据包
    4. 然后根据本地的路由规则经过 veth pair 设备送达到目标Pod容器

      5.2 calico的BGP模式工作原理:

    本质就是通过路由规则来维护Pod之间的通信,Felix负责维护路由规则和网络接口管理,BIRD负责分发路由信息给其它节点

    1. 源主机的Pod容器发出的原始IP数据包会通过 veth pair 设备送达到节点网络空间
    2. 然后会根据原始IP数据包的目标IP和节点的路由规则找到目标node节点的IP,再经过物理网卡发送到目标node节点
    3. IP数据包到达目标node节点后会根据本地的路由规则经过 veth pair 设备送达到目标Pod容器

     6. flannel 和 calico 的区别:

      6.1 flannel:

    • UDP  VXLAN  HOST-GW
    • 默认网段:10.244.0.0/16
    • 通常采用VXLAN模式,用的是叠加网络、IP隧道方式传输数据,对性能有一定的影响
    • 功能简单配置方便利于管理。但是不具备复杂的网络策略规则配置能力

      6.2 calico:

    • 默认网段:192.168.0.0/16
    • 使用IPIP模式可以实现跨子网传输,但是传输过程中需要额外的封包和解包过程,对性能有一定的影响
    • 使用BGP模式会把每个node节点看做成路由器,通过Felix、BIRD组件来维护和分发路由规则,可实现直接通过BGP协议路由转发,传输过程中不需要额外的封包和解包,因此性能较好,但是只能同一个网段里使用,无法跨子网传输
    • 它不使用cni0网桥,而是通过路由规则把数据包直接发送到目标网卡,所以性能高;而且还具有更丰富的网络策略配置管理能力,功能更全面,但是维护起来较为复杂

    所以对于较小规模且网络要求简单的K8S集群,可以采用flannel做cni网络插件。对于集群规模较大且要求更多的网络策略配置时,可以采用性能更好功能更全的calico

     7. 部署 flannel:

      7.1 在 node01 节点上操作:

    1. #上传 cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 和 flannel.tar 到 /opt 目录中
    2. cd /opt/
    3. docker load -i flannel.tar #导入镜像
    4. mkdir /opt/cni/bin
    5. tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

      7.2 在 master01 节点上操作:

    1. #上传 kube-flannel.yml 文件到 /opt/k8s 目录中,部署 CNI 网络
    2. cd /opt/k8s
    3. kubectl apply -f kube-flannel.yml
    4. kubectl get pods -A
    5. kubectl get nodes
    6. NAME STATUS ROLES AGE VERSION
    7. 192.168.88.101 Ready 81m v1.20.11

     8. 部署 Calico:

      8.1 在 master01 节点上操作:

    1. #上传 calico.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中,部署 CNI 网络
    2. cd /opt/k8s
    3. vim calico.yaml
    4. #修改里面定义Pod网络(CALICO_IPV4POOL_CIDR),与前面kube-controller-manager配置文件指定的cluster-cidr网段一样
    5. - name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
    6. value: "192.168.0.0/16"
    7. kubectl apply -f calico.yaml
    8. kubectl get pods -n kube-system
    9. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
    10. calico-kube-controllers-659bd7879c-4h8vk 1/1 Running 0 58s
    11. calico-node-nsm6b 1/1 Running 0 58s
    12. calico-node-tdt8v 1/1 Running 0 58s
    13. #等 Calico Pod 都 Running,节点也会准备就绪
    14. kubectl get nodes

    八、部署 CoreDNS:

    • CoreDNS 是 K8S 的默认 DNS 实现,为 K8S 集群内的 Pod 提供 DNS 服务
    • 根据 service 资源名称 解析出对应的 clusterIP
    • 根据 statefulset 控制器创建的 Pod 资源名称 解析出对应的 podIP

     1. 在所有 node 节点上操作:

    1. #上传 coredns.tar 到 /opt 目录中
    2. cd /opt
    3. docker load -i coredns.tar
    4. //在 master01 节点上操作
    5. #上传 coredns.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中,部署 CoreDNS
    6. cd /opt/k8s
    7. kubectl apply -f coredns.yaml
    8. kubectl get pods -n kube-system
    9. NAME READY STATUS RESTARTS AGE
    10. coredns-5ffbfd976d-j6shb 1/1 Running 0 32s

     2. 解析测试:

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

    九、高可用部署:

     1. 部署master02节点:

      1.1 master01 节点上拷贝文件到master02:

    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

    1. scp -r /opt/etcd/ root@192.168.88.104:/opt/
    2. scp -r /opt/kubernetes/ root@192.168.88.104:/opt
    3. scp -r ~/.kube root@192.168.88.104:`pwd`
    4. scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service root@192.168.88.104:/usr/lib/systemd/system/

      1.2 修改配置文件IP:

    1. vim /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver
    2. --bind-address=192.168.88.101 \ #修改
    3. --secure-port=6443 \
    4. --advertise-address=192.168.80.101 \ #修改
    5. vim /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager
    6. ##修改成本机IP
    7. vim /opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler
    8. ##修改成本机IP

      1.3 启动各服务:

    1. systemctl start kube-apiserver.service
    2. systemctl enable kube-apiserver.service
    3. systemctl start kube-controller-manager.service
    4. systemctl enable kube-controller-manager.service
    5. systemctl start kube-scheduler.service
    6. systemctl enable kube-scheduler.service

    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

     2.负载均衡部署:

      2.1 安装配置nginx负载均衡:

    1. //配置nginx的官方在线yum源,配置本地nginx的yum源
    2. cat > /etc/yum.repos.d/nginx.repo << 'EOF'
    3. [nginx]
    4. name=nginx repo
    5. baseurl=http://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
    6. gpgcheck=0
    7. EOF
    8. yum install nginx -y
    9. //修改nginx配置文件,配置四层反向代理负载均衡,指定k8s群集2台master的节点ip和6443端口
    10. vim /etc/nginx/nginx.conf
    11. events {
    12. worker_connections 1024;
    13. }
    14. #添加
    15. stream {
    16. log_format main '$remote_addr $upstream_addr - [$time_local] $status $upstream_bytes_sent';
    17. access_log /var/log/nginx/k8s-access.log main;
    18. upstream k8s-apiserver {
    19. server 192.168.88.100:6443;
    20. server 192.168.88.101:6443;
    21. server 192.168.88.103:6443;
    22. }
    23. server {
    24. listen 6443;
    25. proxy_pass k8s-apiserver;
    26. }
    27. }
    28. http {
    29. ......
    30. //检查配置文件语法
    31. nginx -t
    32. //启动nginx服务,查看已监听6443端口
    33. systemctl start nginx
    34. systemctl enable nginx
    35. netstat -natp | grep nginx

      2.2 安装配置keepalived高可用:

    1. //部署keepalived服务
    2. yum install keepalived -y
    3. //修改keepalived配置文件
    4. vim /etc/keepalived/keepalived.conf
    5. ! Configuration File for keepalived
    6. global_defs {
    7. # 接收邮件地址
    8. notification_email {
    9. acassen@firewall.loc
    10. failover@firewall.loc
    11. sysadmin@firewall.loc
    12. }
    13. # 邮件发送地址
    14. notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
    15. smtp_server 127.0.0.1
    16. smtp_connect_timeout 30
    17. router_id NGINX_MASTER #lb01节点的为 NGINX_MASTER,lb02节点的为 NGINX_BACKUP
    18. }
    19. #添加一个周期性执行的脚本
    20. vrrp_script check_nginx {
    21. script "/etc/nginx/check_nginx.sh" #指定检查nginx存活的脚本路径
    22. }
    23. vrrp_instance VI_1 {
    24. state MASTER #lb01节点的为 MASTER,lb02节点的为 BACKUP
    25. interface ens33 #指定网卡名称 ens33
    26. virtual_router_id 51 #指定vrid,两个节点要一致
    27. priority 100 #lb01节点的为 100,lb02节点的为 90
    28. advert_int 1
    29. authentication {
    30. auth_type PASS
    31. auth_pass 1111
    32. }
    33. virtual_ipaddress {
    34. 192.168.88.200/24 #指定 VIP
    35. }
    36. track_script {
    37. check_nginx #指定vrrp_script配置的脚本
    38. }
    39. }
    40. //创建nginx状态检查脚本
    41. vim /etc/nginx/check_nginx.sh
    42. #!/bin/bash
    43. #egrep -cv "grep|$$" 用于过滤掉包含grep 或者 $$ 表示的当前Shell进程ID
    44. count=$(ps -ef | grep nginx | egrep -cv "grep|$$")
    45. if [ "$count" -eq 0 ];then
    46. systemctl stop keepalived
    47. fi
    48. chmod +x /etc/nginx/check_nginx.sh
    49. //启动keepalived服务(一定要先启动了nginx服务,再启动keepalived服务)
    50. systemctl start keepalived
    51. systemctl enable keepalived
    52. ip a #查看VIP是否生成

     3. 修改node节点配置文件指向VIP:

        所有node节点配置

    1. cd /opt/kubernetes/cfg/
    2. vim bootstrap.kubeconfig
    3. server: https://192.168.88.200:6443
    4. vim kubelet.kubeconfig
    5. server: https://192.168.88.200:6443
    6. vim kube-proxy.kubeconfig
    7. server: https://192.168.88.200:6443
    8. //重启kubelet和kube-proxy服务
    9. systemctl restart kubelet.service
    10. systemctl restart kube-proxy.service

    十、部署 Dashboard :

     1. Dashboard 介绍:

    • 仪表板是基于Web的Kubernetes用户界面。
    • 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。
    • 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。

     2. 在 master01 节点创建service:

    1. #上传 recommended.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中
    2. cd /opt/k8s
    3. vim recommended.yaml
    4. #默认Dashboard只能集群内部访问,修改Service为NodePort类型,暴露到外部:
    5. kind: Service
    6. apiVersion: v1
    7. metadata:
    8. labels:
    9. k8s-app: kubernetes-dashboard
    10. name: kubernetes-dashboard
    11. namespace: kubernetes-dashboard
    12. spec:
    13. ports:
    14. - port: 443
    15. targetPort: 8443
    16. nodePort: 30001 #添加
    17. type: NodePort #添加
    18. selector:
    19. k8s-app: kubernetes-dashboard
    20. kubectl apply -f recommended.yaml

     3. 绑定管理员集群角色:

    1. #创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色
    2. kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
    3. kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
    4. kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')

     4. 登录:

    https://NodeIP:30001

     显示站点不安全时如果使用的是edge浏览器,可以输入:“thisisunsafe”  回车

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