Kubernetes二进制安装

目录：

操作系统初始化配置

部署docker引擎

部署etcd集群

准备签发证书环境

部署Master组件

部署Worker Node组件

部署CNI网络组件

　　部署flannel

　　部署Calico

部署CoreDns

　　master02节点部署

负载均衡部署

部署Dashboard

二进制搭建 Kubernetes v1.20

 k8s集群master01：192.168.80.10 kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd

k8s集群master02：192.168.80.20

 

k8s集群node01：192.168.80.11 kubelet kube-proxy docker

k8s集群node02：192.168.80.12

 

etcd集群节点1：192.168.80.10 etcd

etcd集群节点2：192.168.80.11

etcd集群节点3：192.168.80.12

 

负载均衡nginx+keepalive01（master）：192.168.80.14

负载均衡nginx+keepalive02（backup）：192.168.80.15

 

 

操作系统初始化配置

#关闭防火墙

systemctl stop firewalld

systemctl disable firewalld

iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X

 

#关闭selinux

setenforce 0

sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

 

#关闭swap

swapoff -a

sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab

 

#根据规划设置主机名

hostnamectl set-hostname master01

hostnamectl set-hostname node01

hostnamectl set-hostname node02

 

#在master添加hosts

cat >> /etc/hosts << EOF

192.168.80.10 master01

192.168.80.11 node01

192.168.80.12 node02

EOF

 

#调整内核参数

cat > /etc/sysctl.d/k8s.conf << EOF

#开启网桥模式，可将网桥的流量传递给iptables链

net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1

net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1

#关闭ipv6协议

net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1

net.ipv4.ip_forward=1

EOF

 

sysctl --system

 

#时间同步

yum install ntpdate -y

ntpdate time.windows.com

 

部署 docker引擎

//所有 node 节点部署docker引擎

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

 

systemctl start docker.service

systemctl enable docker.service

 

 

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：

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

安全：支持SSL证书验证

快速：单实例支持每秒2k+读操作

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。

 

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。

这里全部都使用同一套证书认证。

 

 

//在 master01 节点上操作

 

#准备cfssl证书生成工具

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssljson

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 -O /usr/local/bin/cfssl-certinfo

 

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

---

 

 

### 生成Etcd证书 ###

mkdir /opt/k8s

cd /opt/k8s/

 

#上传 etcd-cert.sh 和 etcd.sh 到 /opt/k8s/ 目录中(etcd-cert.sh修改ip为对应的主机ip)

chmod +x etcd-cert.sh etcd.sh

 

#创建用于生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥的目录

mkdir /opt/k8s/etcd-cert

mv etcd-cert.sh etcd-cert/

cd /opt/k8s/etcd-cert/

./etcd-cert.sh #生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥

 

ls

ca-config.json ca-csr.json ca.pem server.csr server-key.pem

ca.csr ca-key.pem etcd-cert.sh server-csr.json server.pem

 

 

#上传 etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s 目录中，启动etcd服务

https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.9/etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz

 

cd /opt/k8s/

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

---

 #创建用于存放 etcd 配置文件，命令文件，证书的目录

mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}

 

cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/

mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/

cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/

 

cd /opt/k8s/

./etcd.sh etcd01 192.168.80.10 etcd02=https://192.168.80.11:2380,etcd03=https://192.168.80.12:2380

#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

 

#可另外打开一个窗口查看etcd进程是否正常

ps -ef | grep etcd

 

 

#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

scp -r /opt/etcd/ root@192.168.80.11:/opt/

scp -r /opt/etcd/ root@192.168.80.12:/opt/

scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.80.11:/usr/lib/systemd/system/

scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.80.12:/usr/lib/systemd/system/

 

//在 node01 节点上操作

vim /opt/etcd/cfg/etcd

#[Member]

ETCD_NAME="etcd02" #修改

ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"

ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.80.11:2380" #修改

ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.80.11:2379" #修改

 

#[Clustering]

ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.80.11:2380" #修改

ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.80.11:2379" #修改

ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.80.10:2380,etcd02=https://192.168.80.11:2380,etcd03=https://192.168.80.12:2380"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

 

#启动etcd服务

systemctl start etcd

systemctl enable etcd

systemctl status etcd

 

//在 node02 节点上操作

vim /opt/etcd/cfg/etcd

#[Member]

ETCD_NAME="etcd03" #修改

ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"

ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.80.12:2380" #修改

ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.80.12:2379" #修改

 

#[Clustering]

ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.80.12:2380" #修改

ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.80.12:2379" #修改

ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.80.10:2380,etcd02=https://192.168.80.11:2380,etcd03=https://192.168.80.12:2380"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"

ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

 

#启动etcd服务

systemctl start etcd

systemctl enable etcd

systemctl status etcd

 

#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://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379" endpoint health --write-out=table

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://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379" endpoint status --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

---

 #查看etcd集群成员列表

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://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379" --write-out=table member list

 

 

 

部署 Master 组件

//在 master01 节点上操作

#上传 master.zip 和 k8s-cert.sh 到 /opt/k8s 目录中，解压 master.zip 压缩包(master 文件里面需要修改ip)

cd /opt/k8s/

unzip master.zip

chmod +x *.sh

 

#创建kubernetes工作目录

mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}

 

#创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录(k8s-cert.sh需要修改备注)

mkdir /opt/k8s/k8s-cert

mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert

cd /opt/k8s/k8s-cert/

./k8s-cert.sh #生成CA证书、相关组件的证书和私钥

 

ls *pem

admin-key.pem apiserver-key.pem ca-key.pem kube-proxy-key.pem

admin.pem apiserver.pem ca.pem kube-proxy.pem

 

#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

cp ca*pem apiserver*pem /opt/kubernetes/ssl/

 

#上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，解压 kubernetes 压缩包

#下载地址：https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/release-1.20/CHANGELOG/CHANGELOG-1.20.md

#注：打开链接你会发现里面有很多包，下载一个server包就够了，包含了Master和Worker Node二进制文件。

 

cd /opt/k8s/

tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz

 

#复制master组件的关键命令文件到 kubernetes工作目录的 bin 子目录中

cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin

cp kube-apiserver kubectl kube-controller-manager kube-scheduler /opt/kubernetes/bin/ ##需要删除后面的备注

ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/

 

#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

cd /opt/k8s/

vim token.sh

#!/bin/bash

#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

BOOTSTRAP_TOKEN=$(head -c 16 /dev/urandom | od -An -t x | tr -d ' ')

#生成 token.csv 文件，按照 Token序列号,用户名,UID,用户组 的格式生成

cat > /opt/kubernetes/cfg/token.csv <

${BOOTSTRAP_TOKEN},kubelet-bootstrap,10001,"system:kubelet-bootstrap"

EOF

 

chmod +x token.sh

./token.sh

 

cat /opt/kubernetes/cfg/token.csv

 

#二进制文件、token、证书都准备好后，开启 apiserver 服务

cd /opt/k8s/master/

cp admin.sh apiserver.sh controller-manager.sh scheduler.sh /opt/k8s

cd /opt/k8s

chmod +x ./*.sh ##(即给上面的4个文件赋权)

./apiserver.sh 192.168.80.10 https://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379

 

#检查进程是否启动成功

ps aux | grep kube-apiserver

 

netstat -natp | grep 6443 #安全端口6443用于接收HTTPS请求，用于基于Token文件或客户端证书等认证

 

 

#启动 scheduler 服务

cd /opt/k8s/

./scheduler.sh

ps aux | grep kube-scheduler

 

#启动 controller-manager 服务

./controller-manager.sh

ps aux | grep kube-controller-manager

 

#生成kubectl连接集群的kubeconfig文件

./admin.sh

 

#通过kubectl工具查看当前集群组件状态

kubectl get cs

NAME STATUS MESSAGE ERROR

controller-manager Healthy ok

scheduler Healthy ok

etcd-2 Healthy {"health":"true"}

etcd-1 Healthy {"health":"true"}

etcd-0 Healthy {"health":"true"}

 

 

#查看版本信息

kubectl version

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

 

//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@192.168.80.11:/opt/kubernetes/bin/

scp kubelet kube-proxy root@192.168.80.12:/opt/kubernetes/bin/

 

#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 192.168.63.100 /opt/k8s/k8s-cert/

 

#把配置文件 bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig 拷贝到 node 节点

scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.80.11:/opt/kubernetes/cfg/

scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.80.12:/opt/kubernetes/cfg/

 

#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 ##创建系统角色 ，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。

---

 

//在 node01 节点上操作

#启动 kubelet 服务

cd /opt/

./kubelet.sh 192.168.10.18

ps aux | grep kubelet

//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-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE 12s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Pending

#通过 CSR 请求

kubectl certificate approve node-csr-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE

#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-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE 2m5s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued

#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

192.168.10.18 NotReady 108s v1.20.11

//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

#启动proxy服务

cd /opt/

./proxy.sh 192.168.10.18

ps aux | grep kube-proxy

 

 

部署 CNI 网络组件

部署 flannel

K8S 中 Pod 网络通信：

 

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。（用的是内核）

 

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 /opt/cni/bin

tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

 

//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

NAME READY STATUS RESTARTS AGE

kube-flannel-ds-hjtc7 1/1 Running 0 7s

 

kubectl get nodes

NAME STATUS ROLES AGE VERSION

192.168.80.11 Ready 81m v1.20.11

 

 

 

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

 

 

node02 节点部署

//在 node01 节点上操作

cd /opt/

scp kubelet.sh proxy.sh root@192.168.10.19:/opt/

scp -r /opt/cni root@192.168.10.19:/opt/

 

//在 node02 节点上操作

#启动kubelet服务

cd /opt/

chmod +x kubelet.sh

./kubelet.sh 192.168.10.19

 

//在 master01 节点上操作

kubectl get csr

NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION

node-csr-BbqEh6LvhD4R6YdDUeEPthkb6T_CJDcpVsmdvnh81y0 10s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Pending

node-csr-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE 85m kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued

 

#通过 CSR 请求

kubectl certificate approve node-csr-BbqEh6LvhD4R6YdDUeEPthkb6T_CJDcpVsmdvnh81y0

 

kubectl get csr

NAME AGE SIGNERNAME REQUESTOR CONDITION

node-csr-BbqEh6LvhD4R6YdDUeEPthkb6T_CJDcpVsmdvnh81y0 23s kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued

node-csr-duiobEzQ0R93HsULoS9NT9JaQylMmid_nBF3Ei3NtFE 85m kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet kubelet-bootstrap Approved,Issued

 

#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

 

#使用proxy.sh脚本启动proxy服务

cd /opt/

chmod +x proxy.sh

./proxy.sh 192.168.10.19

 

#查看群集中的节点状态

kubectl get nodes

 

 

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

 

//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

 

kubectl get pods -n kube-system

NAME READY STATUS RESTARTS AGE

coredns-5ffbfd976d-j6shb 1/1 Running 0 32s

 

#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

 

 

 

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@192.168.10.20:/opt/

scp -r /opt/kubernetes/ root@192.168.10.20:/opt

scp -r /root/.kube root@192.168.10.20:/root

scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service root@192.168.10.20:/usr/lib/systemd/system/

 

//修改配置文件kube-apiserver中的IP (master02)

vim /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver

KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=true \

--v=4 \

--etcd-servers=https://192.168.10.80:2379,https://192.168.10.18:2379,https://192.168.10.19:2379 \

--bind-address=192.168.10.20 \ #修改

--secure-port=6443 \

--advertise-address=192.168.10.20 \ #修改

......

 

//在 master02 节点上启动各服务并设置开机自启

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

EOF

 

yum 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 192.168.10.80:6443;

server 192.168.10.20:6443;

}

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 keepalived

 

global_defs {

# 接收邮件地址

notification_email {

acassen@firewall.loc

failover@firewall.loc

sysadmin@firewall.loc

}

# 邮件发送地址

notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc

smtp_server 127.0.0.1

smtp_connect_timeout 30

(.......vrrp_script注释)

router_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 BACKUP

interface ens33 #指定网卡名称 ens33

virtual_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 90

advert_int 1

authentication {

auth_type PASS

auth_pass 1111

}

virtual_ipaddress {

192.168.10.100/24 #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，即脚本运行的当前进程ID号

count=$(ps -ef | grep nginx | egrep -cv "grep|$$")

 

if [ "$count" -eq 0 ];then

systemctl stop keepalived

fi

 

 

chmod +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://192.168.10.100:6443

 

vim kubelet.kubeconfig

server: https://192.168.10.100:6443

 

vim kube-proxy.kubeconfig

server: https://192.168.10.100:6443

 

//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

tcp 0 0 0.0.0.0:6443 0.0.0.0:* LISTEN 84739/nginx: master

tcp 0 0 0.0.0.0:80 0.0.0.0:* LISTEN 84739/nginx: master

tcp 0 0 192.168.10.21:60382 192.168.10.20:6443 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.18:41650 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.19:49726 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.21:35234 192.168.10.80:6443 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.18:41648 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.19:49728 ESTABLISHED 84742/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.18:41646 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.21:32786 192.168.10.20:6443 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.18:41656 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.21:60378 192.168.10.20:6443 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.21:32794 192.168.10.20:6443 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.19:49724 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.21:35886 192.168.10.80:6443 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.19:51372 ESTABLISHED 84742/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.19:49722 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

tcp 0 0 192.168.10.100:6443 192.168.10.19:49702 ESTABLISHED 84741/nginx: worker

 

 

##### 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

//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

kubectl logs nginx-dbddb74b8-nf9sk

 

master最少用几台？：最少3台，如果不知道为什么可以说上层领导决定的

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deployment，job，daemonset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-dashboard

name: kubernetes-dashboard

namespace: kubernetes-dashboard

spec:

ports:

- port: 443

targetPort: 8443

nodePort: 30001 #添加

type: NodePort #添加

selector:

k8s-app: kubernetes-dashboard

 

kubectl 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}')

 

#使用输出的token登录Dashboard

https://NodeIP:30001

总结：

k8s二进制安装步骤和过程：

 

etcd安装步骤：

准备ca证书和私钥文件，是ca签发服务端证书和私钥文件

使用ca证书，服务端证书和私钥文件加上etcd集群配置文件去启动etcd服务

复制etcd工作目录和管理文件 到另外的几个节点上，修改etcd集群配置文件并且启动etcd服务

使用v3版本的接口执行etcdcl+证书选项（endpoint healh）|endpoint status |member list查看etcd集群和节点的状态

od -A是奇数 n是不打印 x是16进制

 

master组件：

1、先安装apiserver

准备组件的相关证书和私钥文件

准备bootstrap token 认证文件（给kublet启动签发的证书时使用的）

准备相关组件的启动配置文件

启动apiserver服务端口号6443 https

2、再启动controller-manager和scheduler

准备启动配置文件

准备证书和私钥文件（私钥文件会生成kuberconif文件→用于指定对接哪个apiserver，使用什么证书认证）启动服务

3、检查集群组状态

需要准备kubeconfig文件，把kubectl加入到集群当中（指定对接哪个apiserver，使用什么证书认证） kubectl get cs

kubectl get node

 

flannel：

配置方便，功能简单，是基于overlay叠加网络实现的，由于要进行封装和解封装的过程对性能会有一定的影响，同时不具备网络策略配置能力 三种模式：UDP vxlan host-gw 默认网段是10.244.0.0/16

calico

功能强大，没有封装和解封装的过程，对性能影响较小，具有网络策略配置能力，但是路由表维护起来较为复杂，默认网段192.168.0.0/16

模式：BGP IP

 

master组件

准备证书和token文件

安装apiserver，controller manager，shceduler

 

node

准备kubeconfig文件

启动kubelet文件

安装CNI网络插件，实现POD跨主机通讯

安装coreDNS插件，可以实现名称解析到cluster ip

二进制安装单master的k8s集群

写出k8s架构，pod创建过程flannel和calico工作原理 vlan和vxlan区别

 

多master集群架构

首先部署master02等其他master节点（master01配置文件拷贝到master02）

搭建nginx/harproxy +keepalived高可用负载均衡器对接所有的master节点

修改node节点上的kubelet kube-proxy kubeconfig配置文件对接vip