二进制搭建kubernetes（K8S）

news2024/11/18 3:47:07

二进制搭建kubernetes（K8S）

    • 一、常见的K8S部署方式
      • 1.Minikube
      • 2.Kubeadmin
      • 3.二进制安装部署
    • 二、二进制搭建K8S(单台master)
      • 1.部署架构规划
      • 2.系统初始化配置
      • 3.部署 docker引擎
      • 4.部署 etcd 集群
      • 4.部署 Master 组件
      • 5.部署 Worker Node 组件
      • 6.部署网络组件
    • 三、负载均衡部署
      • 1.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）
      • 2.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
      • 3.检查配置文件语法
      • 4.部署keepalived服务
      • 5.创建nginx状态检查脚本
      • 6.启动keepalived服务（一定要先启动了nginx服务，再启动keepalived服务）
      • 7.修改node节点上的bootstrap.kubeconfig,kubelet.kubeconfig配置文件为VIP
      • 8.重启kubelet和kube-proxy服务
      • 9.在 lb01 上查看 nginx 和 node 、 master 节点的连接状态

一、常见的K8S部署方式

1.Minikube

Minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单节点微型K8S，仅用于学习、预览K8s的些特性使用。

部署地址: https://kubernetes.io/docs/setup/minikube

2.Kubeadmin

Kubeadmin也是一个工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用于快速部署K8S集群，相对简单。

部署地址:https://kubernetes,io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/

3.二进制安装部署

从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件和自签TLS证书，组成K8S集群，新手推荐。

部署地址:https://qithub,com/kubernetes/kubernetes/releases

总：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，也利于后期维护和出错排错。

二、二进制搭建K8S(单台master)

1.部署架构规划

主机节点主机地址安装的软件
master01192.168.174.12apiserver、comtroller-manager、scheduler、etcd01
node01192.168.174.18kubelet、kube-proxy、docker、etcd02
node02192.168.174.19kubelet、kube-proxy、docker、etcd03

后面服务搭建规划

VIP：192.168.174.100

master02：192.168.174.15

负载均衡nginx+keepalive01（master）：192.168.174.18
负载均衡nginx+keepalive02（backup）：192.168.174.19

2.系统初始化配置

（1）所有节点上操作

#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
#永久关闭firewalld并清空iptables所有表规则
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

（2）三个节点分开执行

#根据规划设置主机名
#192.168.174.12上面执行
hostnamectl set-hostname master01
#192.168.174.18上面执行
hostnamectl set-hostname node01
#192.168.174.19上面执行
hostnamectl set-hostname node02

（3）所有节点执行

#刷新bash使得修改的主机名生效
bash

#使用多行重定向将主机名对应的ip写到hosts里面加快访问速度，注意改为自己的ip
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.174.12 master01
192.168.174.18 node01
192.168.174.19 node02
EOF

#调整内核参数
#使用多行重定向调整内核参数，前2行为开启网桥模式后2行为关闭ipv6协议和开启路由转发
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

#加载内核使得配置内核参数生效
sysctl --system

#时间同步
#安装ntpdate时间同步程序，与本机的windows同步时间
yum install ntpdate -y
ntpdate time.windows.com

3.部署 docker引擎

所有 node 节点部署docker引擎192.168.174.18、192.168.174.19

#安装依赖包以便在系统上安装docker
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2 
#添加Docker官方源，并将它设置为docker-ce.repo文件
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 
#yum安装docker-ce和docker客户端以及容器io
yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

#开机自启并现在启动docker
systemctl start docker.service
systemctl enable docker.service

4.部署 etcd 集群

（1）etcd简介

① etcd概念：

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。

② etcd的特点

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

③ etcd端口及部署注意

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

本文使用CFSSL工具签发证书

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：

  • 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；
  • 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。
  • 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；本次实验使用的是server证书。

（3）etcd 集群部署

① 在 master01节点上操作

#在线直接下载方式
#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*

② 本文使用的是的直接上传的安装软件，所有需要的资源在博客文章旁边的资源里有K8S的软件包里

#将cfssl证书签发的工具和命令(cfssl、cfssljson、cfssl-certinfo)上传到/usr/local/bin目录下并添加执行权限
#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

cd /usr/local/bin
chmod +x /usr/local/bin/cfssl*

#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
#移动生成证书的脚本到存放etcd证书的目录下
mv etcd-cert.sh etcd-cert/
#进入创建的目录，执行脚本
cd /opt/k8s/etcd-cert/
#此脚本需要修改80到82行的ip地址依次为master01，node1，node2顺序保存退出
vim  ./etcd-cert.sh
#执行脚本，生成CA证书、etcd 服务器证书以及私钥
./etcd-cert.sh
#查看生成的证书是否为4个.pem结尾3个.json结尾
ls  /opt/k8s/etcd-cert

在这里插入图片描述

#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
#解压上传的etcd包，内容为3个.md文件一个目录，一个etcd和一个etcdctl启动控制脚本
ls etcd-v3.4.9-linux-amd64
#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}
#进入解压的etcd包中
cd /opt/k8s/etcd-v3.4.9-linux-amd64/
#将etcd启动和etcdctl控制脚本移动到创建的用于存放etcd命令文件的bin目录下
mv etcd etcdctl /opt/etcd/bin/
#进入创建etcd证书的目录并将本目录下所有证书全部拷贝一份到创建的用于存放etcd证书的路径ssl上
cp /opt/k8s/etcd-cert/*.pem /opt/etcd/ssl/
#进入存放etcd.sh部署etcd集群的脚本目录执行etcd.sh脚本 后面跟三个etcd集群的ip注意格式，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，先操作不然不会生成system管理和配置文件，重新开启一个shell查看etcd状态
#另一个窗口执行
#查看etcd集群状态是否为自己的三个etcd  ip
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/ root@192.168.174.18:/opt/
scp -r /opt/etcd/ root@192.168.174.19:/opt/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.174.18:/usr/lib/systemd/system/
scp /usr/lib/systemd/system/etcd.service root@192.168.174.19:/usr/lib/systemd/system/

② 在 node01 节点上操作

#在 node01 节点上操作
#修改scp过来的etcd配置文件
vim /opt/etcd/cfg/etcd
#[Member]
ETCD_NAME="etcd02"											#修改为etcd02
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd"
ETCD_LISTEN_PEER_URLS="https://192.168.174.18:2380"			#修改为node1的ip地址
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.174.18:2379"		#修改为node1的ip地址

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.174.18:2380"		#修改为node1的ip地址
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.174.18:2379"			#修改为node1的ip地址
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.174.12:2380,etcd02=https://192.168.174.18:2380,etcd03=https://192.168.174.19:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd

③ 在 node02 节点上操作

#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://192.168.174.19:2380"			#修改为node2的ip地址
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="https://192.168.198.13:2379"		#修改为node2的ip地址

#[Clustering]
ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="https://192.168.174.19:2380"		#修改为node2的ip地址
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="https://192.168.174.19:2379"		    #修改为node2的ip地址
ETCD_INITIAL_CLUSTER="etcd01=https://192.168.174.12:2380,etcd02=https://192.168.174.18:2380,etcd03=https://192.168.174.19:2380"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"

systemctl start etcd
systemctl enable etcd
systemctl status etcd

master节点执行

#master节点执行
cd /opt/k8s/
./etcd.sh etcd01 192.168.174.12 etcd02=https://192.168.174.18:2380,etcd03=https://192.168.174.19:2380

node1 node2执行

#node1 node2执行
systemctl enable --now etcd
#设置开机启动并立即启动etcd，然后回到master上查看是否成功。不是一直前台运行状态即成功

master执行

#master执行：
#检查etcd群集状态
#检查集群监控状态，health全部未true即可
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://192.168.174.12:2379,https://192.168.174.18:2379,https://192.168.174.19:2379" endpoint health --write-out=table

#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://192.168.174.12:2379,https://192.168.174.18:2379,https://192.168.174.19:2379" --write-out=table member list

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

4.部署 Master 组件

在 master01 节点上操作

#在 master01 节点上操作
#上传 master.zip 和 k8s-cert.sh 到 /opt/k8s 目录中，解压 master.zip 压缩包
cd /opt/k8s/
#解压master组件包，里面有master的4个组件脚本，添加权限
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
#将k8s证书移动到创建的k8s的证书存放路径
mv /opt/k8s/k8s-cert.sh /opt/k8s/k8s-cert
cd /opt/k8s/k8s-cert/
#修改脚本中的56-60行顺序是第一个为master1、第二个为master2此为master单节点可以删除、第三个为master虚拟ip、第四load balancer01（master）第五为load balancer01（backup）。第四第五可以删除。单节点master不用，若后面需要做集群需要提前规划好ip，第一个地址为master地址：192.168.198.11；第二个地址为VTP虚拟地址：配置文件里的文字部分需删除
chmod +x k8s-cert.sh
vim /opt/k8s/k8s-cert/k8s-cert.sh
#生成CA证书、相关组件的证书和私钥
./k8s-cert.sh
#显示生成的证书等一共8个.pem结尾
ls *pem

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

#将ca证书和apiserver证书拷贝到创建的存放证书的ssl/目录下
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/
#上传 kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz 到 /opt/k8s/ 目录中，解压 kubernetes 压缩包
tar zxvf kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
#进入解压后的k8s的bin目录中将4个组件拷贝到创建的k8s存放bin文件的路径下
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/

#本地创建 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

#保存后退出

chmod +x token.sh
./token.sh

#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，查看是否生成了csv文件
cat /opt/kubernetes/cfg/token.csv

在这里插入图片描述

#二进制文件、token、证书都准备好后，开启 apiserver 服务，将apiserver.sh脚本导入到目录下
cd /opt/k8s/
./apiserver.sh 192.168.174.12 https://192.168.174.12:2379,https://192.168.174.18:2379,https://192.168.174.19:2379
#检查进程是否启动成功，过滤kube-apiserver最上面一个后面会有-etcd-servers=https://192.168.174.12:2379,https://192.168.174.18:2379,https://192.168.174.19:2379 --bind-address=192.168.174.12 --secure-port=6443此信息为正常，注意ip要改为自己的ip地址
https://blog.csdn.net/weixin_67287151/article/details/130562192

ps aux | grep kube-apiserver

在这里插入图片描述

#安全端口6443用于接收HTTPS请求，用于基于Token文件或客户端证书等认证
#过滤端口只有监控本机ip的6443为正常
netstat -natp | grep 6443

在这里插入图片描述

#启动 scheduler 服务
cd /opt/k8s/
#修改脚本中的ip，第47行KUBE_APISERVER="https://192.168.174.12:6443"为自己的apiserver的ip地址本文是master地址，保存退出
vim  scheduler.sh
#运行shceduler组件脚本，查看服务是否正常
./scheduler.sh
ps aux | grep kube-scheduler

在这里插入图片描述

#修改第58行的ip，KUBE_APISERVER="https://192.168.174.12:6443"为自己的apiserver的ip地址本文是master地址
vim controller-manager.sh
#启动 controller-manager 服务
./controller-manager.sh
#运行controller-manager.sh组件脚本，查看服务是否正常
ps aux | grep kube-controller-manager

在这里插入图片描述

#修改第4行的ip地址，KUBE_APISERVER="https://192.168.174.12:6443"为自己的apiserver的ip地址本文是master地址
vim ./admin.sh
#生成kubectl连接集群的证书
./admin.sh
#创建集群以及用户
kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous
#通过kubectl工具查看当前集群组件状态
kubectl get cs

在这里插入图片描述

#查看版本信息
kubectl version

在这里插入图片描述

5.部署 Worker Node 组件

在所有 node 节点上操作

#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

#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 root@192.168.174.18:/opt/kubernetes/bin/
scp kubelet kube-proxy root@192.168.174.19:/opt/kubernetes/bin/

#上传 kubeconfig.sh 文件到 /opt/k8s/kubeconfig 目录中，生成 kubeconfig 的配置文件
mkdir /opt/k8s/kubeconfig
cd /opt/k8s/kubeconfig
chmod +x kubeconfig.sh
./kubeconfig.sh 192.168.174.12 /opt/k8s/k8s-cert/
#把配置文件 bootstrap.kubeconfig、kube-proxy.kubeconfig 2个授权文件拷贝到 node 节点
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.174.18:/opt/kubernetes/cfg/
scp bootstrap.kubeconfig kube-proxy.kubeconfig root@192.168.174.19:/opt/kubernetes/cfg/
#RBAC授权，使用户 kubelet-bootstrap 能够有权限发起 CSR 请求
kubectl create clusterrolebinding kubelet-bootstrap --clusterrole=system:node-bootstrapper --user=kubelet-bootstrap

在这里插入图片描述

在 node01 节点上操作

#在 node01 节点上操作
#启动 kubelet 服务
cd /opt/
#此处是本机node01地址
./kubelet.sh 192.168.174.18
ps aux | grep kubelet

在这里插入图片描述

在 master01 节点上操作

#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-P22F6DfVnVdvdqPz9SXBqS8lVyhyP7yuKET3GB_ehds   40s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending

在这里插入图片描述

#通过 CSR 请求,注意此处是前面node的节点签发证书kubectl certificate approve
kubectl certificate approve node-csr-P22F6DfVnVdvdqPz9SXBqS8lVyhyP7yuKET3GB_ehds
#Approved,Issued 表示已授权 CSR 请求并签发证书
kubectl get csr

在这里插入图片描述

#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

在这里插入图片描述

在 node01 节点上操作

#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 192.168.174.18
ps aux | grep kube-proxy

在这里插入图片描述

6.部署网络组件

（1）K8S 中 Pod 网络介绍

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。

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。
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。

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:

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。

⑤ Flannel UDP 模式的工作原理：

node跨节点通信
在这里插入图片描述

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。

⑥ 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。
在这里插入图片描述

⑦ 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 模式下封包与解包的工作是由内核进行的。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 模式是二层实现，overlay 是数据帧，属于 mac in udp 。

vxlan隧道方案：默认配置，利用内核级别的vxlan的封装host之间的传送包——好用

⑧ Flannel VXLAN 模式跨主机的工作原理：

  • 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
  • flannel.1 收到数据帧后添加 VXLAN 头部，封装在 UDP 报文中
  • 主机 A 通过物理网卡发送封包到主机 B 的物理网卡中
  • 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
  • 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。

⑨ Kubernetes的三种网络介绍
在这里插入图片描述

总：flannel三种网络模式

vxlan隧道方案: 默认配置，三层，利用内核级别的vxlan的封装host之间的传送包 好用，基于udp

host-gw路由网关 : 二层网络配置 不支持 云环境 ，通过在hst路由表中直接创建到其他主机subnet的路由条目

udp：在用户态实现的数据封装和解封装

（2）部署 flannel

在 node01 节点上操作

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

在 node02 节点上操作

#在 node02 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 /opt/cni/bin -p
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

在 master01 节点上操作

#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
#加载上传的flannel的yml文件部署 CNI 网络
kubectl apply -f kube-flannel.yml 
#用于在Kubernetes集群中获取kube-system命名空间中所有Pod的状态信息
kubectl get pods -n kube-system

在这里插入图片描述

#查看节点状态为ready正常
kubectl get nodes

在这里插入图片描述

（3）node02 节点部署

在 node01 节点上操作

#在 node01 节点上操作
cd /opt/
scp kubelet.sh proxy.sh root@192.168.174.19:/opt/
scp kubelet.sh proxy.sh root@192.168.174.12:/opt/
scp -r /opt/cni root@192.168.174.19:/opt/

在 node02 节点上操作

#在 node02 节点上操作
#启动kubelet服务
cd /opt/
chmod +x kubelet.sh
./kubelet.sh 192.168.174.19
ps aux | grep kubelet

在这里插入图片描述

在 master01 节点上操作

#在 master01 节点上操作
kubectl get csr
NAME                                                   AGE   SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-B-p1t9M9pHKtsc6bs4f9YCDISJ1jVYpo_L_nuHN1GiU   35s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending
node-csr-P22F6DfVnVdvdqPz9SXBqS8lVyhyP7yuKET3GB_ehds   11m   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Approved,Issued

#通过 CSR 请求，注意kubectl certificate approve后面跟的是前面查询的节点
kubectl certificate approve node-csr-P22F6DfVnVdvdqPz9SXBqS8lVyhyP7yuKET3GB_ehds

#查看
kubectl get csr
NAME                                                   AGE   SIGNERNAME                                    REQUESTOR           CONDITION
node-csr-B-p1t9M9pHKtsc6bs4f9YCDISJ1jVYpo_L_nuHN1GiU   91s   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Pending
node-csr-P22F6DfVnVdvdqPz9SXBqS8lVyhyP7yuKET3GB_ehds   12m   kubernetes.io/kube-apiserver-client-kubelet   kubelet-bootstrap   Approved,Issued

在这里插入图片描述

#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 192.168.174.19

#查看群集中的节点状态
kubectl get nodes

在这里插入图片描述

（4）部署 CoreDNS

在所有 node 节点上操作

#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

#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-6954c77b9b-vjplb   1/1     Running   0          7s
kube-flannel-ds-v96kj      1/1     Running   0          7m32s

#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

（5）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/ root@192.168.174.15:/opt/
scp -r /opt/kubernetes/ root@192.168.174.15:/opt
scp -r /root/.kube root@192.168.174.15:/root
scp /usr/lib/systemd/system/{kube-apiserver,kube-controller-manager,kube-scheduler}.service root@192.168.174.15:/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://192.168.174.12:2379,https://192.168.174.18:2379,https://192.168.174.19:2379 \
--bind-address=192.168.174.15 \				#修改
--secure-port=6443 \
--advertise-address=192.168.174.15 \			#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

三、负载均衡部署

1.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（可在node1,2上做）

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

2.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 192.168.174.12:6443;
        server 192.168.174.15:6443;
    }
    server {
        listen 6443;
        proxy_pass k8s-apiserver;
    }
}

http {
......

3.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

在这里插入图片描述

4.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 {
        192.168.174.100/24	#指定 VIP
    }
    track_script {
        check_nginx			#指定vrrp_script配置的脚本
    }
}

5.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


chmod +x /etc/nginx/check_nginx.sh

6.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

在这里插入图片描述

7.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://192.168.174.100:6443
                      
vim kubelet.kubeconfig
server: https://192.168.174.100:6443
                        
vim kube-proxy.kubeconfig
server: https://192.168.174.100:6443

8.重启kubelet和kube-proxy服务

systemctl restart kubelet.service 
systemctl restart kube-proxy.service

9.在 lb01 上查看 nginx 和 node 、 master 节点的连接状态

netstat -natp | grep nginx

在这里插入图片描述

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