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
master01 192.168.88.100 kube-apiserver、kubu-controller-manager、kube-scheduler、etcd
master02 192.168.88.101 kube-apiserver、kubu-controller-manager、kube-scheduler
master03 192.168.88.103 kube-apiserver、kubu-controller-manager、kube-scheduler
node01 192.168.88.104 kubelet、kube-proxy、docker、flannel、etcd
node02 192.168.88.105 kubelet、kube-proxy、docker、flannel、etcd
负载均衡01 192.168.88.106 nginx+keepalive
负载均衡02 192.168.88.108 nginx+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/ [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/

 4.1 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 <

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 <

 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 [email protected]:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy [email protected]:/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 [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。

 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

二进制搭建及高可用 Kubernetes v1.20_第1张图片

  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

二进制搭建及高可用 Kubernetes v1.20_第2张图片

 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

二进制搭建及高可用 Kubernetes v1.20_第3张图片

  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

二进制搭建及高可用 Kubernetes v1.20_第4张图片

 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       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/ [email protected]:/opt/
scp -r /opt/kubernetes/ [email protected]:/opt
scp -r ~/.kube [email protected]:`pwd`
scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service [email protected]:/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 {
     [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 {
        192.168.88.200/24	#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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