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二进制部署k8s

article 2024/12/25 6:10:51

一、节点规划

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

二、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
192.168.80.20 master02
192.168.80.40 node01
192.168.80.60 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

三、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

mkdir /etc/docker
cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
  "registry-mirrors": ["https://docker.m.daocloud.io", "https://docker.1panel.live"],
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "1g", "max-file": "3"
  }
}
EOF

systemctl start docker.service
systemctl enable docker.service 

docker info | grep "Cgroup Driver"
Cgroup Driver: systemd

四、部署 etcd 集群

        etcd是一个分布式键值存储系统，用于在分布式系统中保存配置信息、元数据以及关键的共享状态。它是一个开源项目，最初由CoreOS开发并维护，现在由CNCF托管。etcd的设计目标是提供可靠的分布式存储，以支持分布式系统的一致性和高可用性。

关键特性：

●分布式存储：etcd的数据存储是分布式的，可以跨多个节点进行分布，确保高可用性和可扩展性。
●强致性：etcd提供强一致性的保证，确保在集群中的所有节点都能看到相同的数据视图。
●轻量级：etcd采用轻量级的Raft一致性算法，以确保集群中的节点之间达成一致，同时保持相对较低的性能开销。
●API支持：etcd提供简单而强大的HTTP+JSON API，使得开发人员可以轻松地与其进行交互，并集成到各种应用和工具中。
●Watch机制：etcd支持Watch机制，允许客户端监视特定键的变化，并在数据发生变更时得到通知。
●安全性：etcd支持SSL/TLS加密，以保障数据在传输过程中的安全性，并提供基于角色的访问控制。


应用场景：
●配置管理： etcd常用于存储应用程序和系统的配置信息，允许动态地更新配置而无需重启应用。
●服务发现： etcd可以用作服务发现的后端存储，帮助服务在动态环境中找到彼此。
●分布式锁： 通过etcd的分布式锁机制，可以实现分布式系统中的协同工作和资源同步。
●集群协调： etcd在构建分布式系统中，作为集群协调的关键组件，确保系统的一致性和稳定性。

 

总体而言，etcd在云原生应用和分布式系统中发挥着重要作用，提供了可靠的分布式存储和协调服务，为应用程序提供一致性、可靠性和高可用性的基础设施支持。

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
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-cert.sh 和 etcd.sh 到 /opt/k8s/ 目录中

https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.26/etcd-v3.4.26-linux-amd64.tar.gz

cd /opt/k8s/
tar zxvf etcd-v3.4.26-linux-amd64.tar.gz
ls etcd-v3.4.26-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-v3.4.26-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"
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"
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 --endpoints="https://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  endpoint health --write-out=table

#查看当前的 leader
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --endpoints="https://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  endpoint status --write-out=table

------------------------------------------------------------------------------------------
--cacert ：使用此CA证书验证启用https的服务器的证书
--key ：使用此TLS密钥文件标识HTTPS客户端
--cert ：使用此TLS证书文件标识HTTPS客户端
--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 --endpoints="https://192.168.80.10:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  --write-out=table member list

#备份etcd数据
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --endpoints="https://192.168.80.10:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  snapshot save /data/backup/etcd-snapshot.db

ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl  snapshot status /data/backup/etcd-snapshot.db -wtable

#恢复etcd数据
systemctl stop etcd                     #先停止所有的etcd服务，删除现有数据

mv /var/lib/etcd /var/lib/etcd.bak

ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl snapshot restore /data/backup/etcd-snapshot.db --data-dir /var/lib/etcd --name etcd01 --initial-advertise-peer-urls https://192.168.80.10:2380 --initial-cluster etcd01=https://192.168.80.10:2380,etcd02=https://192.168.80.11:2380,etcd03=https://192.168.80.12:2380 --initial-cluster-token etcd-cluster 
注：如果有多个 etcd 节点，需要确保 --initial-cluster 参数包含所有节点的信息，并且每个节点的 --name、--initial-advertise-peer-urls 和其他相关参数都是正确配置的。

systemctl start etcd

五、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
cd /opt/k8s/
unzip master.zip
chmod +x *.sh

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

#准备cfssl证书生成工具
cfssl  cfssl-certinfo  cfssljson   #三个文件传到/usr/local/bin目录下  并赋予执行权限 方便调用

#创建用于生成CA证书、相关组件的证书和私钥的目录
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  注意apiserver证书生成段要把后面的注释去掉


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/
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 <<EOF
${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/
./apiserver.sh 192.168.80.10 https://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379
#注意要将etcd节点上的/opt/etcd/ssl目录下的CA证书、服务器证书和私钥拷贝过来   


#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

#查看当前的 leader
kubectl -n kube-system get leases kube-scheduler
kubectl -n kube-system get leases kube-controller-manager

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

//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 192.168.80.10 /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

#自动批准 CSR 请求
kubectl create clusterrolebinding node-autoapprove-bootstrap --clusterrole=system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:nodeclient --user=kubelet-bootstrap 

kubectl create clusterrolebinding node-autoapprove-certificate-rotation --clusterrole=system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeclient --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。
------------------------------------------------------------------------------------------

//在 node01 节点上操作

#启动 kubelet 服务
cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.80.11
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
192.168.80.11   NotReady   <none>   108s   v1.20.15

//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 192.168.80.11
ps aux | grep kube-proxy

七、部署 CNI 网络组件

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 cni0/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。
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 即 Virtual Extensible LAN（虚拟可扩展局域网）：
是一种网络虚拟化技术，它使用一种隧道协议，将二层以太网帧封装在四层UDP报文中，通过三层网络传输，组成一个虚拟大二层网络，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。从而实现分布在不同的宿主机上的虚拟机或者容器就像在同一个局域网（LAN）里那样自由通信。

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：
1、数据从主机A 上 Pod 的源容器中发出后，经由所在主机的 cni0 网桥转发到 flannel0 接口，flanneld 服务监听在 flannel0 接口的另外一端。
2、发送给 flannel0 接口的 IP 包信息将被 flanneld 进程接收，flanneld 进程接收 IP 包后在原有的基础上进行 UDP 封包
3、Flannel 通过 etcd 服务维护了一张节点间的路由表。目标容器所在宿主机的 IP 地址，flanneld 通过查询 etcd 很容易就能得到
4、flanneld 将封装好的 UDP 报文通过节点网络发往在主机B 监听 8285 端口的 flanneld 进程
5、运行在主机B 上的 flanneld 将 UDP 报文解包后得到原始 IP 包，内核通过查询本机路由表将该 IP 包转发给 cni0 网桥
6、cni0 网桥将 IP 包转发给连接在网桥上的目标Pod。至此整个流程结束。回程报文将按照上面的数据流原路返回

#etcd 之 Flanneld 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


由于在 UDP 模式下 flanneld 进行网络的封包和解包工作，而 VXLAN 模式下封包解包的工作由内核完成，因此性能上 UDP 模式会比在内核态做转发的 VXLAN 模式差。

#VXLAN 模式：
VXLAN 模式是 Flannel 默认和推荐的模式，flannel 会为每个节点分配一个 24 位子网，并在每个节点上创建两张虚机网卡：cni0 和 flannel.1 。 cni0 是一个网桥设备，类似于 docker0 ，节点上所有的 Pod 都通过 veth pair 的形式与 cni0 相连。 flannel.1 则是一个 VXLAN 类型的设备，充当 VTEP 设备（VXLAN Tunnel Endpoint）的角色，实现对 VXLAN 报文的封包解包。

在 VXLAN 模式下，flanneld 启动时先确保 VXLAN 设备已存在，如果不存在则创建，存在则跳过。并将 VTEP 设备的信息上报到 etcd 中，当 flannel 网络有新节点加入并向 etcd 注册时， 会在其它节点添加路由规则。

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

#Flannel VXLAN 模式跨主机的工作原理：
1、数据包从主机 A 上 Pod 的源容器中发出后，经由所在主机的 cni0 网络接口转发到 flannel.1 设备
2、flannel.1 收到数据包后，在内核态为数据包添加以太网头部（目的 MAC 地址为目的 flannel.1 设备的 MAC 地址）和 VXLAN 头部，再将此数据帧进行 UDP 封装
3、flannel.1 通过查询本机的 FDB 转发数据库获取目的 flannel.1 设备对应的宿主机 IP 地址
4、通过节点网络将 UDP 报文发往在主机B 监听 8472 端口的 flannel.1 设备，并在内核态进行解封装，获取原始数据包
5、根据解包后得到的原始数据包中的目的IP，flannel.1 将数据包发送给 cni0，最后由 cni0 发送给连接在此接口上的PodB

在 node01 节点上操作

#上传 cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.tgz 和 flannel镜像文件 到 /opt 目录中
cd /opt/
docker load -i flannel.tar
docker load -i flannel-cni-plugin.tar

mkdir -p /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v1.3.0.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-flannel
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    <none>   81m   v1.20.15

ip -d a show flannel.1   #在node上查看flannel.1的端口

route -n                         #通过路由信息，看到发送到对端网段的数据包都会经过 flannel.1发出，网关ip也是对端vtep设备的ip地址
ip neigh show dev flannel.1      #由于flannel.1 通过路由信息已经知道对端vtep的ip地址，通过查询本地arp缓存表，得到目的vtep的mac地址
bridge fdb show flannel.1        #flannel.1可以通过查询本机的FDB表获取目的节点主机的ip

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，而是把每个操作系统的协议栈认为是一个路由器，然后把所有的容器认为是连在这个路由器上的网络终端，在路由器之间跑标准的路由协议——BGP的协议，然后让它们自己去学习这个网络拓扑该如何转发。
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节点的网卡，所以性能高。

#Calico 的模式：
●IPIP 模式：在原有 IP 报文中封装一个新的 IP 报文，新的 IP 报文中将源地址 IP 和目的地址 IP 都修改为对端宿主机 IP。Calico 默认使用 IPIP 的模式。
●BGP 模式：将节点做为虚拟路由器通过 BGP 路由协议来实现集群内容器之间的网络访问。
●cross-subnet（ipip-bgp混合模式）：IPIP 模式和 BGP 模式都有对应的局限性，对于一些主机跨子网而又无法使网络设备使用 BGP 的场景可以使用 cross-subnet 模式，实现同子网机器使用 BGP 模式，跨子网机器使用 IPIP 模式。

#Calico 主要由以下几个部分组成：
Calico CNI插件：主要负责与kubernetes对接，供kubelet调用使用。
Felix：运行在每一台 Host 的 agent 进程，主要负责在宿主机上维护路由规则、网络接口管理等。
BIRD：BGP Client，负责监听 Host 上由 Felix 注入的路由信息，然后通过 BGP 协议广播在集群里分发路由规则信息，从而实现网络互通。
etcd：分布式键值存储，主要负责网络元数据一致性，确保 Calico 网络状态的准确性。

#Calico 工作原理：
//IPIP 模式：
Calico 会将容器的 IP 数据包经过 veth pair 设备发送到 tunl0 设备，并被内核的 IPIP 驱动直接封装到宿主机网络的 IP 数据包中，新封装的 IP 数据包再根据 Felix 维护的路由规则发送给目标节点，目标节点通过 IPIP 驱动解包得到原始容器 IP 数据包，然后根据路由规则经过 veth pair 设备送达到目标容器。

//BGP 模式：
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，然后根据容器要访问的IP和宿主机的路由规则，找到下一跳要到达的宿主机 IP。 流量到达下一跳的宿主机后，根据当前宿主机上的路由规则，直接到达对端容器的 veth pair 插在宿主机的一端，最终进入容器。
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。

相比IPIP模式，BGP模式下不需要tunl0设备参与报文传输，报文直接通过物理网卡（比如ens33）转发到目标机器上，不会进行二次IP报文的封装，因此从性能上来看，BGP是占优势的。但是由于没有二次封包，BGP模式只能在同一个子网内使用，无法跨网段使用。


目前比较常用的CNI网络组件是flannel和calico，flannel的功能比较简单，但不具备复杂的网络策略配置能力。但Calico以其性能、灵活性而闻名。Calico的功能更为全面，不仅提供主机和pod之间的网络连接，还涉及网络安全和管理，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。


curl https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.26.1/manifests/calico.yaml 

在 master01 节点

//在 master01 节点上传 calico.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中，部署 Calico
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


#修改calico的网络模式IPIP变为BGP
kubectl edit ds calico-node -n kube-system
......
        - name: CALICO_IPV4POOL_IPIP
          value: "Never"                     #设置为Never时为BGP模式，设置为Always时为IPIP模式，设置为Cross-SubNet时为混合模式
        - name: IP_AUTODETECTION_METHOD      #添加下面两行
          value: "interface=ens33"           #指定calico使用的网卡

kubectl edit ippool 
  ipipMode: Never         #把ipipMode从Always修改成为Never

使用BGP模式时，查看IP会发现tunl0没有IP地址了；查看route会发现不再使用tunl0了，而是直接通过物理网卡转发。
ip addr
ip route

node02 节点部署

//在 node01 节点上操作
cd /opt/
scp kubelet.sh proxy.sh root@192.168.80.12:/opt/
scp -r /opt/cni root@192.168.80.12:/opt/

//在 node02 节点上操作
#启动kubelet服务
cd /opt/
chmod +x kubelet.sh
./kubelet.sh 192.168.80.12

//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   80s  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 192.168.80.12

#查看群集中的节点状态
kubectl get nodes

八、部署 CoreDNS

        CoreDNS：CoreDNS 是 Kubernetes 的默认 DNS 实现。可以为 K8S 集群内的 Pod 提供 DNS 服务。
        使用 CoreDNS 可以为集群中的 service 资源创建一个资源名称 与 ClusterIP 的对应关系解析，从而避免将 service 的 ClusterIP 地址硬编码到应用程序代码中。

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.default.svc.cluster.local.
Server:		10.0.0.2
Address:	10.0.0.2:53

Name:	kubernetes.default.svc.cluster.local
Address: 10.0.0.1

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

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@192.168.80.20:/opt/
scp -r /opt/kubernetes/ root@192.168.80.20:/opt
scp -r /root/.kube root@192.168.80.20:/root
scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service root@192.168.80.20:/usr/lib/systemd/system/

//修改配置文件kube-apiserver中的IP
vim /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver
KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=true \
--v=4 \
--etcd-servers=https://192.168.80.10:2379,https://192.168.80.11:2379,https://192.168.80.12:2379 \
--bind-address=192.168.80.20 \				#修改
--secure-port=6443 \
--advertise-address=192.168.80.20 \			#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

http://www.kler.cn/a/450339.html

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