008.Docker Flannel+Etcd分布式网络部署

一环境准备

1.1 Flannel概述

Flannel是一种基于overlay网络的跨主机容器网络解决方案，即将TCP数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，Flannel是CoreOS开发,专门用于docker多机互联的一个工具,让集群中的不同节点主机创建的容器都具有全集群唯一的虚拟ip地址

1.2 原理说明

Flannel为每个host分配一个subnet，容器从subnet中分配IP，这些IP可以在host间路由，容器间无需使用nat和端口映射即可实现跨主机通信。每个subnet都是从一个更大的IP池中划分的，flannel会在每个主机上运flanneld的agent，负责从池子中分配subnet。

Flannel使用etcd存放网络配置、已分配的subnet、host的IP等信息，Flannel数据包在主机间转发是由backend实现的，目前已经支持UDP、VxLAN、host-gw、AWS VPC和GCE路由等多种backend。

1.3 基础环境

ntp配置：略 #建议配置ntp服务，保证时间一致性

etcd版本：v3.3.9

docker版本：18.06.1-ce

防火墙及SELinux：关闭防火墙和SELinux

名称	地址	主机名	备注
docker01	172.24.8.111	docker01.example.com
docker02	172.24.8.112	docker02.example.com
etcd1	172.24.8.113	etcd1.example.com	用于保存相关IP信息
docker01中容器网段	10.1.15.2/24	container01	网段10.1.15.0/24
docker02中容器网段	10.1.20.2/24	container03	网段10.1.20.0/24

 # hostnamectl set-hostname docker01.example.com
 # hostnamectl set-hostname docker02.example.com
 # hostnamectl set-hostname etcd1.example.com

提示：主机名非必须。

1.4 架构示意图

数据转发流程

容器直接使用目标容器的ip访问，默认通过容器内部的eth0发送出去。
报文通过veth pair被发送到vethXXX。
vethXXX直接连接到虚拟交换机docker0的，报文通过虚拟bridge docker0发送出去。
查找路由表，外部容器ip的报文都会转发到flannel0虚拟网卡，这是一个P2P的虚拟网卡，然后报文就被转发到监听在另一端的flanneld。
flanneld通过etcd维护了各个节点之间的路由表，把原来的报文UDP封装一层，通过配置的iface发送出去。
报文通过主机之间的网络找到目标主机。
报文继续往上，到传输层，交给监听在8285端口的flanneld程序处理。
数据被解包，然后发送给flannel0虚拟网卡。
查找路由表，发现对应容器的报文要交给docker0。
docker0找到连到自己的容器，把报文发送过去。

1.5 相关顺序

部署顺序建议为：etcd---->flannel---->docker，也可独立分开部署，可能需要重启相关服务，才能使flannel从etcd获取网络信息，docker才能从flannel获取相关IP。

启动顺序必须为：etcd---->flannel---->docker，必须保证etcd启动正常，才能使flannel获取正确地址段，docker容器才能从flannel获取唯一地址。

二 etcd节点部署

2.1 单节点部署etcd

 root@etcd1:~# mkdir -p /var/log/etcd/			#建议创建etcd日志保存目录
 root@etcd1:~# mkdir -p /data/etcd			        #建议创建单独的etcd数据目录
 root@etcd1:~# ETCD_VER=v3.3.10
 root@etcd1:~# GITHUB_URL=https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download
 root@etcd1:~# DOWNLOAD_URL=${GITHUB_URL}
 root@etcd1:~# curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -o /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
 root@etcd1:~# tar xzvf /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -C /tmp/etcd-download-test --strip-components=1
 root@etcd1:~# rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
 
 root@etcd1:~# cp /tmp/etcd-download-test/etcd* /usr/local/bin/
 root@etcd1:~# etcd --version

2.2 采用systemd管理

 root@etcd1:~# vi /lib/systemd/system/etcd.service	#创建用于systemd管理的文件
 [Unit]
 Description=etcd
 Documentation=https://github.com/coreos/etcd
 Conflicts=etcd.service
 
 [Service]
 Type=notify
 Restart=always
 RestartSec=5s
 LimitNOFILE=40000
 TimeoutStartSec=0
 
 ExecStart=/usr/local/bin/etcd --name etcd1 --data-dir /data/etcd \
 --listen-client-urls http://172.24.8.113:2379,http://127.0.0.1:2379 \
 --advertise-client-urls http://172.24.8.113:2379
 
 [Install]
 WantedBy=multi-user.target

提示：使用yum安装etcd则etcd.service会自动创建，且引用/etc/etcd/etcd.conf中的配置文件参数启动。

2.4 Etcd中添加相应网段

按照1.3基础环境规划网段，添加etcd键值。

 root@etcd1:~# etcdctl --endpoints http://172.24.8.113:2379 set /flannel/network/config '{"Network": "10.1.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.1.15.0","SubnetMax": "10.1.20.0", "Backend": {"Type": "vxlan"}}'
 Network（字符串）：CIDR格式的IPv4网络，用于整个flannel网络。（这是唯一的强制密钥。）
 SubnetLen（整数）：分配给每个主机的子网大小，除非Network小于24，否则默认为24（即/24）。
 SubnetMin（字符串）：子网分配应从哪个IP范围开始，默认为第一个子网Network。
 SubnetMax（字符串）：子网分配应结束的IP范围的结尾，默认为最后一个子网Network。
 Backend（后端）：要使用的后端类型和该后端的特定配置。
 root@etcd1:~# etcdctl get /flannel/network/config
 {"Network": "10.0.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.1.15.0","SubnetMax": "10.1.20.0", "Backend": {"Type": "vxlan"}}

三 flannel节点部署

3.1 安装flannel

 root@etcd1:~# mkdir /tmp/flannel-download-test
 root@etcd1:~# FLANNEL_VER=v0.10.0
 root@etcd1:~# GITHUB_URL=https://github.com/coreos/flannel/releases/download
 root@etcd1:~# DOWNLOAD_URL=${GITHUB_URL}
 root@etcd1:~# curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${FLANNEL_VER}/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz -o /tmp/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz
 root@etcd1:~# tar xzvf /tmp/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz -C /tmp/flannel-download-test
 root@etcd1:~# rm -f /tmp/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz
 
 root@etcd1:~# cp /tmp/flannel-download-test/flanneld /usr/local/bin/
 root@etcd1:~# cp /tmp/flannel-download-test/mk-docker-opts.sh /usr/local/bin/

3.2 采用systemd管理

 root@etcd1:~# vi /lib/systemd/system/flanneld.service	#创建用于systemd管理的文件
 [Unit]
 Description=Flanneld overlay address etcd agent
 Documentation=https://github.com/coreos/flannel
 After=network.target
 After=network-online.target
 Wants=network-online.target
 After=etcd.service				                #指定flannel在etcd之后、docker之前启动
 Before=docker.service
 
 [Service]
 User=root
 Type=notify
 LimitNOFILE=65536
 EnvironmentFile=/etc/flannel/flanneld.conf	                #指定flannel配置文件
 ExecStart=/usr/local/bin/flanneld \
 -etcd-endpoints=${FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS} \
 -etcd-prefix=${FLANNEL_ETCD_PREFIX} $FLANNEL_OPTIONS
 #使用引用flannel配置文件中的参数形式
 ExecStartPost=/usr/local/bin/mk-docker-opts.sh -k DOCKER_NETWORK_OPTIONS -d /run/flannel/docker				                                                #见解读部分
 Restart=on-failure
 
 [Install]
 WantedBy=multi-user.target

3.3 创建flannel配置文件

 root@docker01:~# mkdir /etc/flannel
 root@docker01:~# vi /etc/flannel/flanneld.conf
 # Flanneld configuration options
 # etcd url location.  Point this to the server where etcd runs
 FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS="http://172.24.8.113:2379"           #指定etcd服务器的监听地址
 
 # etcd config key.  This is the configuration key that flannel queries
 # For address range assignment
 FLANNEL_ETCD_PREFIX="/flannel/network"	                #指定etcd网络参数所存储键值的key
 
 # Any additional options that you want to pass
 FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0"			        #指定用于主机间通信的接口，参数值也可为IP地址

提示：使用yum安装etcd则flannel.service会自动创建，若通过yum安装，所有相关systemd管理文件会自动创建，可参考：

https://www.cnblogs.com/kevingrace/p/6859114.html

https://www.cnblogs.com/devilwind/p/8880677.html

进行配置和修改。

docker02节点参考以上配置即可。

解读：

/etc/sysconfig/flanneld：配置相关flannel启动参数，用于flannel从etcd获取唯一地址段；

mk-docker-opts.sh：mk-docker-opts.sh运行后会讲flannel获取的网络参数写入/run/flannel/subnet.env文件；

-k DOCKER_NETWORK_OPTIONS：-k会将默认组合键，即DOCKER_OPTS=转换为DOCKER_NETWORK_OPTIONS，主要方便于yum安装的docker直接引用（即docker.service中的Service字段ExecStart行为已经包括$DOCKER_NETWORK_OPTIONS，从而不需要再次添加$DOCKER_OPTS）；

-d /run/flannel/docker：将/run/flannel/subnet.env文件转换为docker能识别的格式后保存为/run/flannel/docker。

四配置docker

4.1 docker环境

docker01和docker02节点均需要安装docker，具体方式见《002.docker版本及安装》。

4.2 修改docker启动参数

 root@docker01:~# vi /lib/systemd/system/docker.service
 #……
 EnvironmentFile=/run/flannel/docker		#添加flannel转换后的docker能识别的配置文件
 ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// $DOCKER_NETWORK_OPTIONS
 #……

提示：需要将docker修改为采用flannel网络。

docker02节点参考以上配置即可。

五启动相关服务

5.1 启动etcd服务

 root@etcd1:~# systemctl daemon-reload			#只需要在etcd节点
 root@etcd1:~# systemctl restart etcd.service
 root@etcd1:~# systemctl enable etcd.service
 root@etcd1:~# ps -ef | grep etcd			        #验证是否启动正常

5.2 启动flannel服务

 root@docker01:~# systemctl daemon-reload		        #docker01和docker02节点
 root@docker01:~# systemctl restart flanneld.service
 root@docker01:~# systemctl enable flanneld.service
 root@docker01:~# ps -ef | grep flanneld			#验证是否启动正常

5.3 启动docker服务

 root@docker01:~# systemctl daemon-reload
 root@docker01:~# systemctl restart docker.service
 root@docker01:~# systemctl enable docker.service

提示：docker02节点参考以上配置即可。

六验证确认

6.1 验证flannel获取网络参数

 root@docker01:~# cat /run/flannel/docker		#检查flannel获取网络参数情况
 DOCKER_OPT_BIP="--bip=10.1.19.1/24"
 DOCKER_OPT_IPMASQ="--ip-masq=true"
 DOCKER_OPT_MTU="--mtu=1450"
 DOCKER_NETWORK_OPTIONS=" --bip=10.1.19.1/24 --ip-masq=true --mtu=1450"
 root@docker01:~# ifconfig | grep -A6 docker
 root@docker01:~# ifconfig | grep -A6 flannel

七测试确认

7.1 创建测试容器

 root@docker01:~# docker run -id --name Container01 busybox
 root@docker02:~# docker run -id --name Container01 busybox

提示：flannel为动态分配IP，因此实际IP可能和实例架构图不一致，请根据实际情况规划相关业务IP。