云原生k8s之CA证书创建和使用
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引言
一、部署步骤+实验环境
二、所有节点系统初始化
三、Etcd集群部署
1、准备cfssl证书生成工具
2、生成Etcd证书
3、从github仓库下载etcd二进制文件
4、部署Etcd集群
四、安装docker
五、部署Master Node
1、生成kube-apiserver 证书
2、从Github下载二进制文件
3、部署kube-apiserver
引言
目前生产部署Kubernetes集群主要有两种方式：
（1）kubeadm
Kubeadm 是一个 K8s 部署工具，提供 kubeadm init 和 kubeadm join，用于快速部 署 Kubernetes 集群。
官方地址：https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/
（2）二进制包
从 github 下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成 Kubernetes 集群。
Kubeadm 降低部署门槛，但屏蔽了很多细节，遇到问题很难排查。如果想更容易可 控，推荐使用二进制包部署 Kubernetes 集群，虽然手动部署麻烦点，期间可以学习很 多工作原理，也利于后期维护。
一、部署步骤+实验环境
（1） 在所有节点上安装 Docker 和 kubeadm
（2）部署 Kubernetes Master
（3）部署容器网络插件
（4）部署 Kubernetes Node，将节点加入 Kubernetes 集群中
（5）部署 Dashboard Web 页面，可视化查看 Kubernetes 资源| 服务器类型 | IP地址 |
|---|---|
| master | 192.168.130.70 |
| node01 | 192.168.130.60 |
| node02 | 192.168.130.50 |
二、所有节点系统初始化
#所有节点，关闭防火墙规则，关闭selinux，关闭swap交换
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
swapoff -a #交换分区必须要关闭
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab #永久关闭swap分区，&符号在sed命令中代表上次匹配的结果
#配置虚拟域名
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.130.70 master
192.168.130.60 node01
192.168.130.50 node02
EOF
#调整内核参数
cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.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
#加载参数
sysctl --system 
三、Etcd集群部署
Etcd 是一个分布式键值存储系统，Kubernetes 使用 Etcd 进行数据存储，所以先准备 一个 Etcd 数据库，为解决 Etcd 单点故障，应采用集群方式部署，这里使用 3 台组建集 群，可容忍 1 台机器故障，当然，你也可以使用 5 台组建集群，可容忍 2 台机器故障。
每台都需要安装etcd
1、准备cfssl证书生成工具
cfssl 是一个开源的证书管理工具，使用 json 文件生成证书，相比 openssl 更方便使用。
找任意一台服务器操作，这里用 Master 节点。
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
chmod +x cfssl_linux-amd64 cfssljson_linux-amd64 cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl
mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo
2、生成Etcd证书
自签证书颁发机构（CA）：
#创建工作目录
mkdir -p ~/TLS/{etcd,k8s}
cd TLS/etcd
自签CA：
cat > ca-config.json<< EOF
{
"signing": {
"default": {
"expiry": "87600h"
},
"profiles": {
"www": {
"expiry": "87600h",
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
]
}
}
}
}
EOF
cat > ca-csr.json<< EOF
{
"CN": "etcd CA",
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "Beijing",
"ST": "Beijing"
}
]
}
EOF
生成证书：
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -
ls *pem
使用自谦CA签发Etcd HTTPS证书：
创建证书申请文件
cat > server-csr.json<< EOF
{
"CN": "etcd",
"hosts": [
"192.168.130.70",
"192.168.130.60",
"192.168.130.50"
],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing"
}
]
}
EOF注：上述文件 hosts 字段中 IP 为所有 etcd 节点的集群内部通信 IP，一个都不能少！为了 方便后期扩容可以多写几个预留的 IP。
生成证书：
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=www server-csr.json | cfssljson -bare server
ls server*pem
server-key.pem server.pem
3、从github仓库下载etcd二进制文件
wget https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download/v3.4.9/etcd-v3.4.9linux-amd64.tar.gz4、部署Etcd集群
以下在节点master上操作，为简化操作，待会将节点1生成的所有文件拷贝到node1和2上
创建工作目录并解压二进制包：
mkdir -p /opt/etcd/{bin,cfg,ssl}
tar zxvf etcd-v3.4.9-linux-amd64.tar.gz
mv etcd-v3.4.9-linux-amd64/{etcd,etcdctl} /opt/etcd/bin/
创建etcd配置文件：
cat > /opt/etcd/cfg/etcd.conf << EOF
#[Member]
ETCD_NAME="etcd-1"
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.130.70:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.130.70:2379"
#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.130.70:2380"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.130.70:2379"
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd-1=https://192.168.130.70:2380,etcd-2=https://192.168.130.60:2380,etcd-3=https://192.168.130.50:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
EOF
ETCD_NAME：节点名称，集群中唯一
ETCD_DATA_DIR：数据目录
ETCD_LISTEN_PEER_URLS：集群通信监听地址
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS：客户端访问监听地址
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS：集群通告地址
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS：客户端通告地址
ETCD_INITIAL_CLUSTER：集群节点地址
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN：集群 Token
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE：加入集群的当前状态，new 是新集群，existing 表示加入 已有集群systemd管理etcd：
cat > /usr/lib/systemd/system/etcd.service << EOF
[Unit]
Description=Etcd Server
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/opt/etcd/cfg/etcd.conf
ExecStart=/opt/etcd/bin/etcd \
--cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \
--key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \
--peer-cert-file=/opt/etcd/ssl/server.pem \
--peer-key-file=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \
--trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \
--peer-trusted-ca-file=/opt/etcd/ssl/ca.pem \
--logger=zap
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF
拷贝给个生成的证书：
把刚才生成的证书拷贝到配置文件中的路径
cp ~/TLS/etcd/ca*pem ~/TLS/etcd/server*pem /opt/etcd/ssl/
将上面节点 1 所有生成的文件拷贝到节点 2 和节点 3：
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
启动并设置开机启动：
注意这里需要先启动从节点的etcd，再启动主
systemctl daemon-reload
systemctl start etcd
systemctl enable etcd
测试一下：
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://192.168.130.70:2379,https://192.168.130.60:2379,https://192.16 8.130.50:2379" endpoint health 
四、安装docker
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 <
五、部署Master Node
1、生成kube-apiserver 证书
自签证书颁发机构（CA）：
cd /root/TLS/k8scat > ca-config.json<< EOF
{
"signing": {
"default": {
"expiry": "87600h"
},
"profiles": {
"kubernetes": {
"expiry": "87600h",
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
]
}
}
}
}
EOF
cat > ca-csr.json<< EOF
{
"CN": "kubernetes",
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "Beijing",
"ST": "Beijing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
生成证书：
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -
ls *pem
使用自签CA签发kube-apiserver HTTPS证书：
cd /root/TLS/k8scat > server-csr.json<< EOF
{
"CN": "kubernetes",
"hosts": [
"10.0.0.1",
"127.0.0.1",
"192.168.130.70",
"192.168.130.60",
"192.168.130.50",
"192.168.130.40",
"192.168.130.100",
"192.168.130.90",
"kubernetes",
"kubernetes.default",
"kubernetes.default.svc",
"kubernetes.default.svc.cluster",
"kubernetes.default.svc.cluster.local"
],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "BeiJing",
"ST": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF生成证书：
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes server-csr.json | cfssljson -bare server
2、从Github下载二进制文件
https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG/CHANGELOG-1.23.md#server-binaries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
解压并创建加目录：
mkdir -p /opt/kubernetes/{bin,cfg,ssl,logs}
tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
cd kubernetes/server/bin
cp kube-apiserver kube-scheduler kube-controller-manager /opt/kubernetes/bin
cp kubectl /usr/bin/
3、部署kube-apiserver
创建配置文件：
cat > /opt/kubernetes/cfg/kube-apiserver.conf << EOF
KUBE_APISERVER_OPTS="--logtostderr=false \\
--v=2 \\
--log-dir=/opt/kubernetes/logs \\
--etcdservers=https://192.168.130.70:2379,https://192.168.130.60:2379,https://192.168.130.50:2379 \\
--bind-address=192.168.130.70 \\
--secure-port=6443 \\
--advertise-address=192.168.130.70 \\
--allow-privileged=true \\
--service-cluster-ip-range=10.0.0.0/24 \\
--enable-admissionplugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,ResourceQuota,NodeRestric tion \\
--authorization-mode=RBAC,Node \\
--enable-bootstrap-token-auth=true \\
--token-auth-file=/opt/kubernetes/cfg/token.csv \\
--service-node-port-range=30000-32767 \\
--kubelet-client-certificate=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \\
--kubelet-client-key=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\
--tls-cert-file=/opt/kubernetes/ssl/server.pem \\
--tls-private-key-file=/opt/kubernetes/ssl/server-key.pem \\
--client-ca-file=/opt/kubernetes/ssl/ca.pem \\
--service-account-key-file=/opt/kubernetes/ssl/ca-key.pem \\
--etcd-cafile=/opt/etcd/ssl/ca.pem \\
--etcd-certfile=/opt/etcd/ssl/server.pem \\
--etcd-keyfile=/opt/etcd/ssl/server-key.pem \\
--audit-log-maxage=30 \\
--audit-log-maxbackup=3 \\
--audit-log-maxsize=100 \\
--audit-log-path=/opt/kubernetes/logs/k8s-audit.log"
EOF
字段含义：
注：上面两个\ \ 第一个是转义符，第二个是换行符，使用转义符是为了使用 EOF 保留换 行符。
–logtostderr：启用日志
—v：日志等级
–log-dir：日志目录
–etcd-servers：etcd 集群地址
–bind-address：监听地址
–secure-port：https 安全端口
–advertise-address：集群通告地址
–allow-privileged：启用授权
–service-cluster-ip-range：Service 虚拟 IP 地址段
–enable-admission-plugins：准入控制模块
–authorization-mode：认证授权，启用 RBAC 授权和节点自管理
–enable-bootstrap-token-auth：启用 TLS bootstrap 机制
–token-auth-file：bootstrap token 文件
–service-node-port-range：Service nodeport 类型默认分配端口范围
–kubelet-client-xxx：apiserver 访问 kubelet 客户端证书
–tls-xxx-file：apiserver https 证书
–etcd-xxxfile：连接 Etcd 集群证书
–audit-log-xxx：审计日志拷贝刚生成的k8s证书：
cp ~/TLS/k8s/ca*pem ~/TLS/k8s/server*pem /opt/kubernetes/ssl/总体来说CA证书的创建和使用就是这样