二进制安装K8S(单Master集群架构)

目录

一：操作系统初始化配置

1、项目拓扑图

2、服务器

 3、初始化操作

二： 部署 etcd 集群

1、etcd 介绍

2、准备签发证书环境

 3、master01 节点上操作

（1）生成Etcd证书

 （2）创建用于存放 etcd 配置文件，命令文件，证书的目录

4、在 node01 节点上操作

​5、在 node02 节点上操作

6、 实现etcd的备份操作

 7、 部署 docker引擎

三： 部署 Master 组件

 四：部署 Worker Node 组件

五： 部署 CNI 网络组件--flannel 

1、K8S 中 Pod 网络通信

2、Flannel udp 模式的工作原理

3、 Flannel vxlan 模式的工作原理

4、 部署 flannel

六： 部署 CNI 网络组件--Calico

1、k8s组网方案对比

2、Calico的模式

3、Calico组成部分

4、Calico工作原理

（1）IPIP模式

 （2）BGP模式

5、设置calico网络

七：部署 CoreDNS

八：多master和负载均衡

1、master02 节点部署 

2、负载均衡部署

（1）部署nginx

（2）部署keepalived服务

（3）测试

九：部署 Dashboard 

总结

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一：操作系统初始化配置

1、项目拓扑图

2、服务器

k8s集群master01：192.168.231.110

kube-apiserver kube-controller-manager kube-scheduler etcd

k8s集群node01：192.168.231.102                      kubelet kube-proxy docker
k8s集群node02：192.168.231.103
 

 3、初始化操作

#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
192.168.231.110 master01
192.168.231.102 node01
192.168.231.103 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

 

二： 部署 etcd 集群

1、etcd 介绍

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。
 

2、准备签发证书环境

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

 3、master01 节点上操作

（1）生成Etcd证书

### 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/
[root@master01 etcd-cert]# vim etcd-cert.sh  #添加etcd集群ip

./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
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
------------------------------------------------------------------------------------------

 

 （2）创建用于存放 etcd 配置文件，命令文件，证书的目录

#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 192.168.231.110 etcd02=https://192.168.231.102:2380,etcd03=https://192.168.231.103:2380
#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/ [email protected]:/opt/
scp -r /opt/etcd/ [email protected]:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service [email protected]:/usr/lib/systemd/system/

4、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://192.168.231.102:2380"			#修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.231.102:2379"		#修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.231.102:2380"		#修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.231.102:2379"				#修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.231.110:2380,etcd02=https://192.168.231.102:2380,etcd03=https://192.168.231.103:2380"
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、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://192.168.231.103:2380"			#修改
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.231.103:2379"		#修改

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.231.103:2380"		#修改
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.231.103:2379"				#修改
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.231.110:2380,etcd02=https://192.168.231.102:2380,etcd03=https://192.168.231.103:2380"
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://192.168.231.110:2379,https://192.168.231.102:2379,https://192.168.231.103:2379" 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://192.168.231.110:2379,https://192.168.231.102:2379,https://192.168.231.103:2379" --write-out=table member list

#查看集群状态
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --endpoints="https://192.168.231.110:2379,https://192.168.231.102:2379,https://192.168.231.103:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  --write-out=table endpoint status

 

6、 实现etcd的备份操作

cd 
mkdir etcd/backup -p
cd etcd/

ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --endpoints="https://192.168.231.102:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  snapshot save /root/etcd-snapshot.db


//查看etcd-snapshot.db的文件
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --endpoints="https://192.168.231.102:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  snapshot status ./etcd-snapshot.db --write-out=table

//恢复etcd
ETCDCTL_API=3 /opt/etcd/bin/etcdctl --endpoints="https://192.168.231.102:2379" --cacert=/opt/etcd/ssl/ca.pem --cert=/opt/etcd/ssl/server.pem --key=/opt/etcd/ssl/server-key.pem  snapshot restore ./etcd-snapshot.db 

 7、 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


cd /etc/docker/
cat  > /etc/docker/daemon.json <

三： 部署 Master 组件

//在 master01 节点上操作
#上传 master.zip 和 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 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/
vim k8s-cert.sh     #改地址
./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
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 <

 

 

 

 

 

 

 四：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 [email protected]:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy [email protected]:/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 192.168.231.110 /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 [email protected]:/opt/kubernetes/cfg/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig [email protected]:/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。
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//在 node01 节点上操作
#启动 kubelet 服务
cd /opt/
./kubelet.sh 192.168.231.102
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
192.168.231.102   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 192.168.231.102
ps aux | grep kube-proxy

 

 

五： 部署 CNI 网络组件--flannel 

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。

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）。

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、 host-GW 3种数据转发方式。

2、Flannel udp 模式的工作原理

1、数据从主机A 上的 Pod 的源容器中发出后，经由所在主机的 cni0/docker0 （安装了网络插件后就不在是docker0而是cni0网卡）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（UDP报文里包含源Pod的数据包）
3、Flannel 通过 etcd（包含所有的Pod的ip以及所对应的node主机的地址） 服务维护了一张节点间的路由表。目标容器所在宿主机（node节点）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 报文通过物理网卡转发出去，主机B 收到 UDP 报文后，Linux 内核通过 8285 端口将包交给正在监听的 flanneld 进程
5、运行在主机B 上的 flanneld 将 UDP 包解包后得到的原始 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 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。

3、 Flannel vxlan 模式的工作原理

 vxlan 是一种overlay（虚拟隧道通信）技术，通过三层网络搭建虚拟的二层网络，跟 udp 模式具体实现不太一样:
（1）udp模式是在用户态实现的，数据会先经过tun网卡，到应用程序，应用程序再做隧道封装，再进一次内核协议栈，而vxlan是在内核当中实现的，只经过一次协议栈，在协议栈内就把vxlan包组装好
（2）udp模式的tun网卡是三层转发，使用tun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是二层帧，属于mac in udp
（3）vxlan由于采用mac in udp的方式，所以实现起来会涉及mac地址学习，arp广播等二层知识，udp模式主要关注路由

Flannel vxlan 模式的工作原理：

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 cin0 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，封装成 VXLAN UDP 报文
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、通过 VXLAN 8472 端口， VXLAN 包被转发到 flannel.1 接口进行解封装
5、根据解包后得到原始报文中的目的IP，内核将原始报文发送给 cni0，最后由 cni0 发送给连接在此接口上的 PodB

4、 部署 flannel

//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 -p /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

 

六： 部署 CNI 网络组件--Calico

1、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。

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。

2、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。

3、Calico组成部分

Calico CNI插件：主要负责与kubernetes对接，供kubelet调用使用。

Felix: Calico agent,运行在每个节点上，主要负责维护宿主机上的路由规则、 ACL等信息。

BIRD:负责把Felix写入kernel的路由信息分发到当前Calico网络。

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。

4、Calico工作原理

（1）IPIP模式

Calico会将容器的IP包通过内核的IPIP驱动直接在封装宿主机网络的IP包中，并根据路由通过tunnel网卡发送给其他节点，这样到达目标节点以后再通过IPIP驱动解包得到原始容器IP包，然后通过路由规则发送给veth pair设备到达目标容器。

 （2）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。

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tun10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flanne1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。

5、设置calico网络

/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


---------- node02 节点部署 ----------
//在 node01 节点上操作
cd /opt/
scp kubelet.sh proxy.sh [email protected]:/opt/
scp -r /opt/cni [email protected]:/opt/

//在 node02 节点上操作
#启动kubelet服务
cd /opt/
chmod +x kubelet.sh
./kubelet.sh 192.168.231.103

//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 192.168.231.103

#查看群集中的节点状态
kubectl get nodes

七：部署 CoreDNS

//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

八：多master和负载均衡

1、master02 节点部署 

---------- 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/ [email protected]:/opt/
scp -r /opt/kubernetes/ [email protected]:/opt
scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service [email protected]:/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://192.168.231.110:2379,https://192.168.231.102:2379,https://192.168.231.103:2379 \
--bind-address=192.168.231.100 \				#修改
--secure-port=6443 \
--advertise-address=192.168.231.100 \			#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

2、负载均衡部署

（1）部署nginx

//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 192.168.231.110:6443;
        server 192.168.231.100:6443;
    }
    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）部署keepalived服务

/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 {
     [email protected]
     [email protected]
     [email protected]
   }
   # 邮件发送地址
   notification_email_from [email protected]
   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 {
        192.168.80.100/24	#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
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://192.168.80.100:6443   #vip地址
                      
vim kubelet.kubeconfig
server: https://192.168.80.100:6443
                        
vim kube-proxy.kubeconfig
server: https://192.168.80.100:6443

//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      44904/nginx: master 
tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN      44904/nginx: master 
tcp        0      0 192.168.80.100:6443     192.168.80.12:46954     ESTABLISHED 44905/nginx: worker 
tcp        0      0 192.168.80.14:45074     192.168.80.10:6443      ESTABLISHED 44905/nginx: worker 
tcp        0      0 192.168.80.14:53308     192.168.80.20:6443      ESTABLISHED 44905/nginx: worker 
tcp        0      0 192.168.80.14:53316     192.168.80.20:6443      ESTABLISHED 44905/nginx: worker 
tcp        0      0 192.168.80.100:6443     192.168.80.11:48784     ESTABLISHED 44905/nginx: worker 
tcp        0      0 192.168.80.14:45070     192.168.80.10:6443      ESTABLISHED 44905/nginx: worker 
tcp        0      0 192.168.80.100:6443     192.168.80.11:48794     ESTABLISHED 44905/nginx: worker 
tcp        0      0 192.168.80.100:6443     192.168.80.12:46968     ESTABLISHED 44905/nginx: worker 

（3）测试

//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，发现没有权限查看
kubectl logs nginx-dbddb74b8-nf9sk

九：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。

//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 3种网络
节点网络        Node节点网卡的IP  nodeIP
Pod网络         podIP
Service网络     clusterIP

K8S 3种接口
CRI  容器运行时接口    docker  containerd  podman  cri-0
CNI  容器网络接口      flannel  calico  cilium 
CSI  容器存储接口      ceph  nfs  gfs  s3

flannel 3种模式
UDP        出现最早，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，推荐使用的模式，性能比UDP模式更好，基于内核实现数据包的封装/解封装
Host-gw    性能最好，但是配置复杂，不能跨网段

flannel UDP模式工作原理
1）应用数据包从源主机的Pod容器发出到cni0网桥接口，再由cni0转发到flannel0虚拟接口
2）flanneld服务会监听flannel0接口接收到的数据，flanneld服务会将内部数据包封装到UDP报文里
3）flanneld会根据在etcd中维护的路由表查到目标Pod所在的Node节点IP，在UDP报文外再封装Node节点IP报文、MAC报文后，通过物理网卡发送到目标Node节点
4）UDP报文通过8285号端口送到目标主机的flanneld进程进行解封装，再通过flannel0接口转发到cni0网桥，然后通过cni0网桥转发到目标Pod容器

flannel 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接口接收到数据帧后添加VXLAN头部，在内核封装成UDP报文
3）flanneld会根据在etcd维护的路由表通过物理网卡发送到目标Node节点
4）UDP报文通过8472号端口送到目标主机的flannel.1接口在内核进行解封装，然后将原始报文通过cni0网桥转发到目标Pod容器

Calico IPIP模式工作原理
1）源Pod容器发出的原始数据IP包通过内核的IPIP驱动直接封装在宿主机网络的IP包中
2）根据tunnel接口的路由通过物理网卡发送到目标Node节点
3）数据包到达目标节点后再通过IPIP驱动解包得到原始数据IP包
4）然后通过路由规则发送给 veth pair 设备到达目标Pod容器

Calico BGP模式工作原理（本质就是通过路由表来维护每个 Pod 的通信）
1）源Pod容器发出的原始数据IP包会通过 veth pair 设备到达宿主机网络空间
2）然后根据原始数据IP包的目标IP和宿主机的路由规则，找到目标Node节点的IP，再通过物理网卡发送到目标Node节点
3）根据目标Node节点的路由规则，直接通过目标Pod容器的 veth pair 设备发送到目标Pod容器

flannel 和 calico 区别？
flannel： UDP   VXLAN   Host-gw
默认网段：10.244.0.0/16
通常使用VXLAN模式，采用的是叠加网络、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

calico： IPIP  BGP  混合模式（CrossSubnet）
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封包和解包，对性能有一定的影响
使用BPG模式，把Node节点看作成路由器，根据Felix、BIRD分发和维护的路由规则，可直接实现BGP路由转发，传输过程中不需要封包和解包，因此性能较好，但只能在同一个网段内使用，无法跨子网传输
具有更丰富的网络策略配置管理能力、性能更好、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。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、功能全全面的calico