K8s 部署 CNI 网络组件+k8s 多master集群部署+负载均衡

------------------------------ 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 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（隧道转发）、Host-gw(路由条目转发，不支持云环境) 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。
在这里插入图片描述

#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封包与解包的工模式是二层实现，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。
在这里插入图片描述

//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  #执行这个命令后，Docker 将会从 "flannel.tar" 文件中加载 Docker 镜像，并将其添加到本地的 Docker 镜像库中，以便后续使用。

在这里插入图片描述

mkdir /opt/cni/bin -p
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 将会读取并解析 "kube-flannel.yml" 文件中的配置信息，并将其应用到 Kubernetes 集群中。这个 YAML 文件通常包含了 Flannel 网络插件的配置，用于设置集群中的网络通信。
kubectl apply -f kube-flannel.yml

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kubectl get pods -n kube-system

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kubectl get nodes

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---------- 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。
在这里插入图片描述

//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

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#kubectl 将会读取并解析 "calico.yaml" 文件中的配置信息，并将其应用到 Kubernetes 集群中。这个 YAML 文件通常包含了 Calico 网络插件的配置，用于设置集群中的网络通信。Calico 是一种常用的网络插件，用于实现 Kubernetes 集群中的网络策略和网络隔离。
kubectl apply -f calico.yaml

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#获得 "kube-system" 命名空间中所有 Pod 的详细信息
kubectl get pods -n kube-system

详细解释：
“kubectl get pods -n kube-system” 是一个用于在 Kubernetes 集群中获取 kube-system 命名空间下的所有 Pod 的命令。

“kubectl” 是 Kubernetes 命令行工具，用于与 Kubernetes 集群进行交互。
“get” 是 kubectl 的一个子命令，用于获取 Kubernetes 资源的信息。
“pods” 表示我们要获取的资源类型是 Pod。
“-n kube-system” 是一个参数，指定了要获取的 Pod 所在的命名空间是 kube-system。

通过执行这个命令，我们可以获取到 kube-system 命名空间下的所有 Pod 的相关信息，例如 Pod 的名称、状态、IP 地址、所在节点等。这些信息对于管理和监控 Kubernetes 集群非常有用。
在这里插入图片描述
#等 Calico Pod 都 Running，节点也会准备就绪

#获取 Kubernetes 集群中的节点信息。
kubectl get nodes

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---------- node02 节点部署 ----------
//在 node01 节点上操作

cd /opt/
scp kubelet.sh proxy.sh root@20.0.0.103:/opt/
#将本地的 "/opt/cni" 目录（包括其中的文件和子目录）复制到远程服务器的 "/opt/" 目录下
scp -r /opt/cni root@20.0.0.103:/opt/

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//在 node02 节点上操作

#启动kubelet服务
cd /opt/
chmod +x kubelet.sh
#执行这个命令后，将会运行名为 "kubelet.sh" 的脚本文件，并将 "20.0.0.103" 作为参数传递给脚本。
./kubelet.sh 20.0.0.103

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//在 master01 节点上操作

kubectl get csr

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#通过 CSR 请求

kubectl certificate approve node-csr-uPmL1JkOA13jjbyNaG_au0w6pxMUaIxko0m5KAagz0A

#获取 Kubernetes 集群中的证书签名请求（Certificate Signing Request，CSR）列表。
kubectl get csr

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#加载 ipvs 模块（node02上）

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

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#使用proxy.sh脚本启动proxy服务

cd /opt/
chmod +x proxy.sh
#在20.0.0.103上启动代理
./proxy.sh 20.0.0.103

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#查看群集中的节点状态

kubectl get nodes

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------------------------------ 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

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//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

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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



注：
如果出现以下报错
[root@master01 k8s]# kubectl run -it  --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)
Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log sh)

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
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cluster-system-anonymous created

---------- master02 节点部署 ----------
#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 master02

#在master添加hosts

cat >> /etc/hosts << EOF
20.0.0.101 master01
20.0.0.106 master02
20.0.0.102 node01
20.0.0.103 node02
EOF

//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@20.0.0.106:/opt/
scp -r /opt/kubernetes/ root@20.0.0.106:/opt
scp -r /root/.kube root@20.0.0.106:/root
scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service root@20.0.0.106:/usr/lib/systemd/system/

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//修改mater02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://20.0.0.101:2379,https://20.0.0.102:2379,https://20.0.0.103:2379 \
--bind-address=20.0.0.106 \				#修改
--secure-port=6443 \
--advertise-address=20.0.0.106 \			#修改
......

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//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

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//在master02查看node节点状态

ln -s /opt/kubernetes/bin/* /usr/local/bin/
kubectl get nodes

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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

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------------------------------ 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（20.0.0.104）、lb02（20.0.0.105）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

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//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 20.0.0.101:6443;
        server 20.0.0.106:6443;
    }
    server {
        listen 6443;
        proxy_pass k8s-apiserver;
    }
}

http {
......

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//检查配置文件语法

nginx -t

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//启动nginx服务，查看已监听6443端口

systemctl start nginx
systemctl enable nginx
netstat -natp | grep nginx

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//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
   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 {
        20.0.0.100/24	#指定 VIP
    }
    track_script {
        check_nginx			#指定vrrp_script配置的脚本
    }
}

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//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

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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

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//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://20.0.0.100:6443

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vim kubelet.kubeconfig
server: https://20.0.0.100:6443

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vim kube-proxy.kubeconfig
server: https://20.0.0.100:6443

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//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

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在 master01 节点上操作
//测试创建pod

kubectl run nginx --image=nginx

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//查看Pod的状态信息

kubectl get pods

NAME                    READY   STATUS              RESTARTS   AGE
nginx   0/1     ContainerCreating   0          33s   #正在创建中

kubectl get pods

NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   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  1/1     Running   0          10m   172.17.36.2   192.168.80.15   <none>
//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

------------------------------ 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

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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

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#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}')

在这里插入图片描述