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部署CNI网络组件+k8s多master集群部署+负载均衡

news 2025/7/19 19:43:43

一、环境部署

主机	服务
192.168.91.5	K8S集群master01
192.168.91.8	K8S集群master02
192.168.91.6	K8S集群node01
192.168.91.7	K8S集群node02
192.168.91.9	负载均衡nginx+keepalive01（master）
192.168.91.10	负载均衡nginx+keepalive02（backup）

二、部署flannel

2.1叙述

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。

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。

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。

Flannel UDP 模式的工作原理：

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。

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。

#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封包与解包的工作模式是二层实现，overlay是数据帧，属于mac in udp 。

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。

2.2 部署

2.2.1 在node01节点上操作

2.2.1.1 上传cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz和flannel.tar到/opt目录中

cd /opt/
docker load -i flannel.tarmkdir /opt/cni/bin
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz -C /opt/cni/bin

2.2.2 在master01节点上操作

2.2.2.1 上传kube-flannel.yml文件到/opt/k8s目录中，部署CNI网络

2.2.3 部署Calico

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Host当作Internet中的路由器，使用BGP同步路由，并使用iptables来做安全访问策略，完成跨Host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，对运维同事提出了较高的要求。

Calico 主要由三个部分组成：
Calico CNI插件：主要负责与kubernetes对接，供kubelet调用使用。

Felix：负责维护宿主机上的路由规则、FIB转发信息库等。
BIRD：负责分发路由规则，类似路由器。
Confd：配置管理组件。

Calico 工作原理：
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，然后宿主机根据路由规则的下一跳地址，发送给正确的网关，然后到达目标宿主机，再到达目标容器。
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。
calico 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。

目前比较常用的CNI网络组件是flannel和calico，flannel的功能比较简单，不具备复杂的网络策略配置能力，calico是比较出色的网络管理插件，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。

2.2.3.1 在master01节点上操作

cd /opt/k8s

vim calico.yaml

kubectl apply -f calico.yaml

kubectl get pods -n kube-system

2.2.3.2 等Calico Pod都Running，节点也会准备就绪

kubectl get nodes

2.2.4 node02节点部署

2.2.4.1 在node01节点上操作

2.2.5 在node02节点上操作

2.2.5.1 启动kubelet服务

2.2.6 在master01节点上操作

kubectl get csr

2.2.7 通过CSR请求

kubectl certificate approve node-csr-BbqEh6LvhD4R6YdDUeEPthkb6T_CJDcpVsmdvnh81y0
kubectl get csr

2.2.8 加载ipvs模块

使用proxy.sh脚本启动proxy服务

2.2.9 部署CoreDNS

CoreDNS：可以为集群中的 service 资源创建一个域名与 IP 的对应关系解析

2.2.9.1 在所有node节点上操作

2.2.9.1.1 上传coredns.tar到/opt目录中

2.2.9.2 在master01节点上操作

2.2.9.2.1 上传coredns.yaml文件到/opt/k8s目录中，部署CoreDNS

2.2.9.3 DNS解析测试

注：
如果出现以下报错
[root@master01 k8s]# kubectl run -it  --image=busybox:1.28.4 sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
Error attaching, falling back to logs: unable to upgrade connection: Forbidden (user=system:anonymous, verb=create, resource=nodes, subresource=proxy)
Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log sh)需要添加 rbac的权限  直接使用kubectl绑定  clusteradmin 管理员集群角色  授权操作权限[root@master01 k8s]# kubectl create clusterrolebinding cluster-system-anonymous --clusterrole=cluster-admin --user=system:anonymous
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/cluster-system-anonymous created

2.2.10 master02节点部署

2.2.10.1 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

在master添加hosts

2.2.10.2 修改配置文件kube-apiserver中的IP

2.2.10.3 在master02节点上启动各服务并设置开机自启

2.2.10.4 查看node节点状态

2.2.11 负载均衡部署

//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

2.2.11.1 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

2.2.11.2 检查配置文件语法

2.2.11.3 启动nginx服务，查看已监听6443端口

2.2.11.4 部署keepalived服务

2.2.11.5 修改keepalived配置文件

vim /etc/keepalived/keepalived.conf

2.2.11.6 创建nginx状态检查脚本

2.2.11.7 启动keepalived服务（一定要先启动了nginx服务，再启动keepalived服务）

2.2.11.8 修改node节点上的bootstrap.kubeconfig,kubelet.kubeconfig配置文件为VIP

2.2.11.9 重启kubelet和kube-proxy服务

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

netstat -natp | grep nginx

2.2.12 在master01节点上操作

2.2.12.1 测试创建pod

2.2.12.2 查看Pod的状态信息

kubectl get podskubectl get podskubectl get pods -o widecurl 172.17.36.2kubectl logs nginx-dbddb74b8-nf9sk

2.3 部署 Dashboard

2.3.1 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deployment，job，daemonset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

2.3.1.1 在master01节点上操作

2.3.1.1.1 上传recommended.yaml文件到/opt/k8s目录中

vim recommended.yaml

2.3.1.1.2 创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色

2.3.1.1.3 使用输出的token登录Dashboard

https://NodeIP:30001https://NodeIP:30001