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：

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X

setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

 2. 关闭swap分区：

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

 3. 根据规划设置主机名：

hostnamectl set-hostname master01
hostnamectl set-hostname master02
hostnamectl set-hostname master03
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02

 4. 所有主机添加hosts：

cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.88.100 master01
192.168.88.101 master02
192.168.88.103 master03
192.168.88.103 node01
192.168.88.103 node02
EOF

 5. 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

 6. 时间同步:

yum install ntpdate -y
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：
#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
或自行上传工具

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：

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-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s 目录中
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

 3. 将相关文件转入etcd文件夹

mkdir -p /opt/etcd/{cfg,bin,ssl}  ##创建etcd工作文件夹

cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/  ##移动相关文件

 4. 启动etcd服务：

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

新开一个窗口
#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@192.168.88.104:/opt/
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.88.105:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.88.104:/usr/lib/systemd/system/
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：

vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"											#修改
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.88.104:2380"			#修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.88.104:2379"		#修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.88.104:2380"		#修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.88.104:2379"				#修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.88.100:2380,etcd02=https://192.168.88.104:2380,etcd03=https://192.168.88.105:2380"
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

 4.2 在 node02 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://192.168.88.105:2380"			#修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.88.105:2379"		#修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.88.105:2380"		#修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.88.105:2379"				#修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.88.100:2380,etcd02=https://192.168.88.104:2380,etcd03=https://192.168.88.105:2380"
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

 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

#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://192.168.88.100:2379,https://192.168.88.104:2379,https://192.168.88.105:2379" --write-out=table member list

四、部署 docker引擎：

//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


cat > /etc/docker/daemon.json <<EOF
{
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"]
}
EOF

systemctl start docker.service
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：

#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}

#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

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/

 3. 准备k8s组件：

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

 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

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

 5. 开启k8s各个服务组件：

cd /opt/k8s/
./scheduler.sh
ps aux | grep kube-scheduler

./controller-manager.sh
ps aux | grep kube-controller-manager

#生成kubectl连接集群的kubeconfig文件
./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：

kubectl get cs

#查看版本信息
kubectl version

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}

 1. 上传 kubelet.sh、proxy.sh部署脚本

#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

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

#把 kubelet、kube-proxy 拷贝到 node 节点
cd /opt/k8s/kubernetes/server/bin
scp kubelet kube-proxy root@192.168.88.104:/opt/kubernetes/bin/
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。

mkdir /opt/k8s/kubeconfig

cd /opt/k8s/kubeconfig
chmod +x kubeconfig.sh
./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：

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
  • 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：

cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.82.104
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：

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


cd /opt/
./proxy.sh 192.168.88.104
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:

#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  #导入镜像

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

  7.2 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 -A

kubectl get nodes
NAME            STATUS   ROLES    AGE   VERSION
192.168.88.101   Ready    <none>   81m   v1.20.11

 8. 部署 Calico:

  8.1 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网络（CALICO_IPV4POOL_CIDR），与前面kube-controller-manager配置文件指定的cluster-cidr网段一样
    - name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
      value: "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

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：

#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

 2. 解析测试：

#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

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

scp -r /opt/etcd/ root@192.168.88.104:/opt/
scp -r /opt/kubernetes/ root@192.168.88.104:/opt
scp -r ~/.kube root@192.168.88.104:`pwd`
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：

vim /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver
--bind-address=192.168.88.101 \				#修改
--secure-port=6443 \
--advertise-address=192.168.80.101 \			#修改

vim /opt/kubernetes/cfg/kube-controller-manager
##修改成本机IP
vim /opt/kubernetes/cfg/kube-scheduler
##修改成本机IP

  1.3 启动各服务：

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

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：

//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 192.168.88.100:6443;
        server 192.168.88.101:6443;
        server 192.168.88.103:6443;
    }
    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

  2.2 安装配置keepalived高可用：

//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 {
        192.168.88.200/24	#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
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

 3. 修改node节点配置文件指向VIP：

    所有node节点配置

cd /opt/kubernetes/cfg/
vim bootstrap.kubeconfig 
server: https://192.168.88.200:6443
                      
vim kubelet.kubeconfig
server: https://192.168.88.200:6443
                        
vim kube-proxy.kubeconfig
server: https://192.168.88.200:6443

//重启kubelet和kube-proxy服务
systemctl restart kubelet.service 
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：

#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

 3. 绑定管理员集群角色：

#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}')

 4. 登录：

https://NodeIP:30001

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