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kubernetes集群安装指南：Flannel网络插件部署
更新：HHH   时间：2023-1-7

Flannel 是CNI阵营里标准的网络插件，在没有严格的网络的要求下，它通常作为kubernetes集群里网络互联比较常用的方案，当然还有其他网络方案，比如calico，weave，mxvlan等等，这里主要使用到flannel作为kubernetes的网络方案；

1 部署准备

kubernetes 要求集群内各节点(包括 master 节点)能通过 Pod 网段互联互通。flannel 使用 vxlan 技术为各节点创建一个可以互通的 Pod 网络，使用的端口为 UDP 8472（需要开放该端口，如公有云 AWS 等）。

flanneld 第一次启动时，从 etcd 获取配置的 Pod 网段信息，为本节点分配一个未使用的地址段，然后创建 flannedl.1 网络接口（也可能是其它名称，如 flannel1 等）。

flannel 将分配给自己的 Pod 网段信息写入 /run/flannel/docker 文件，docker 后续使用这个文件中的环境变量设置 docker0 网桥，从而从这个地址段为本节点的所有 Pod 容器分配 IP。

环境变量定义
#################### Variable parameter setting ######################
FLANNEL_INSTALL_PATH=/data/apps/k8s/networks/flannel
SOFTWARE=/root/software
VERSION=v0.11.0
PACKAGE=flannel-${VERSION}-linux-amd64.tar.gz
DOWNLOAD_URL=https://github.com/devops-apps/download/raw/master/network/$PACKAGE
ETCD_ENPOINTS=https://10.10.10.22:2379,https://10.10.10.23:2379,https://10.10.10.24:2379
FLANNEL_ETCD_PREFIX=/k8s/network
CA_DIR=/etc/k8s/ssl
NETWORK_SUBNET=172.16.0.0/20
IFACE=eth0
1.2 下载和分发 kubernetes 二进制文件

登陆devops机器，访问flannel github 官方地址下载稳定的 realease 包至本机；

wget  $DOWNLOAD_URL -P $SOFTWARE

将flannel 软件包分发到集群所有节点服务器；

sudo ansible master_k8s_vgs -m copy -a "src=${SOFTWARE}/$PACKAGE dest=${SOFTWARE}/" -b
sudo ansible worker_k8s_vgs -m copy -a "src=${SOFTWARE}/$PACKAGE dest=${SOFTWARE}/" -b

2 安装flannel网络插件

2.1 安装flannel二进制文件
### 1.Check if the install directory exists.
if [ ! -d $FLANNEL_INSTALL_PATH/bin ]; then
     mkdir -p $FLANNEL_INSTALL_PATH/bin     
fi

### 2.Install binary of flannel.
if [ ! -f "$SOFTWARE/flannel-${VERSION}-linux-amd64.tar.gz" ]; then
     wget $DOWNLOAD_URL -P $SOFTWARE >>/tmp/install.log  2>&1
fi
cd $SOFTWARE && tar -xzf flannel-${VERSION}-linux-amd64.tar.gz -C ./
cp -fp ${SOFTWARE}/{flanneld,mk-docker-opts.sh} ${FLANNEL_INSTALL_PATH}/bin
ln -sf  ${FLANNEL_INSTALL_PATH}/bin/{flanneld,mk-docker-opts.sh}  /usr/local/bin
chmod -R 755 $FLANNEL_INSTALL_PATH
2.3 分发 证书文件
cd ${CA_DIR}
sudo ansible master_k8s_vgs -m  copy -a "src=ca.pem dest=${CA_DIR}/" -b
sudo ansible master_k8s_vgs -m  copy -a "src=flannel.pem dest=${CA_DIR}/" -b
sudo ansible master_k8s_vgs -m  copy -a "src=flannel-key.pem dest=${CA_DIR}/" -b
  • flannel开启了HTTPS访问所以需要证书支持；
  • flannel不需要访问apiserver，因此不需kubeconfig文件认证；
2.4 向 etcd 写入集群 Pod 网段信息
### Create network subnet of flannel .
etcdctl --endpoint=$ETCD_ENPOINTS \
  --ca-file=${CA_DIR}/ca.pem \
  --cert-file=${CA_DIR}/etcd.pem \
  --key-file=${CA_DIR}/etcd-key.pem \
  mkdir $FLANNEL_ETCD_PREFIX

etcdctl --endpoints=$ETCD_ENPOINTS \
  --ca-file=${CA_DIR}/ca.pem \
  --cert-file=${CA_DIR}/etcd.pem \
  --key-file=${CA_DIR}/etcd-key.pem \
  mk ${FLANNEL_ETCD_PREFIX}/config \
 '{"Network":"'${NETWORK_SUBNET}'","SubnetLen":24,"Backend":{"Type":"$TYPE"}}'
  • flanneld 当前版本 (v0.11.0) 不支持 etcd v3，故使用 etcd v2 API 写入配置 key 和网段数据；
  • 写入的 Pod 网段 ${CLUSTER_CIDR} 地址段（如 /16）必须小于 SubnetLen，必须与 kube-controller-manager 的 --cluster-cidr 参数值一致；
2.5 创建flannel 启动服务
cat >/usr/lib/systemd/system/flanneld.service<<EOF
[Unit]
Description=Flanneld overlay address etcd agent
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
After=etcd.service
Before=docker.service
[Service]
Type=notify
ExecStart=${FLANNEL_INSTALL_PATH}/bin/flanneld \\
  -etcd-cafile=${CA_DIR}/ca.pem \\
  -etcd-certfile=${CA_DIR}/flannel.pem \\
  -etcd-keyfile=${CA_DIR}/flannel-key.pem \\
  -etcd-endpoints=${ETCD_ENPOINTS} \\
  -etcd-prefix=${FLANNEL_ETCD_PREFIX} \\
  -iface=${IFACE} \\
  -ip-masq
ExecStartPost=${FLANNEL_INSTALL_PATH}/bin/mk-docker-opts.sh \\
  -k DOCKER_NETWORK_OPTIONS -d /run/flannel/docker
Restart=always
RestartSec=5
StartLimitInterval=0
[Install]
WantedBy=multi-user.target
RequiredBy=docker.service
EOF
  • mk-docker-opts.sh 脚本将分配给 flanneld 的 Pod 子网段信息写入 /run/flannel/docker 文件，后续 docker 启动时使用这个文件中的环境变量配置 docker0 网桥；
  • flanneld 使用系统缺省路由所在的接口与其它节点通信，对于有多个网络接口（如内网和公网）的节点，可以用 -iface 参数指定通信接口;
  • flanneld 运行时需要 root 权限；
  • -ip-masq: flanneld 为访问 Pod 网络外的流量设置 SNAT 规则，同时将传递给 Docker 的变量 --ip-masq（/run/flannel/docker 文件中）设置为 false，这样 Docker 将不再创建 SNAT 规则； Docker 的 --ip-masq 为 true 时，创建的 SNAT 规则比较“暴力”：将所有本节点 Pod 发起的、访问非 docker0 接口的请求做 SNAT，这样访问其他节点 Pod 的请求来源 IP 会被设置为 flannel.1 接口的 IP，导致目的 Pod 看不到真实的来源 Pod IP。 flanneld 创建的 SNAT 规则比较温和，只对访问非 Pod 网段的请求做 SNAT。
2.6 启动flannel服务并检查运行状态

启动flannel服务并检查

sudo systemctl start flanneld 
sudo systemctl status  flanneld |grep 'Active:'

确保状态为 active (running)，否则查看日志，确认原因：

sudo journalctl -u  flanneld
2.7 检查分配给各 flanneld 的 Pod 网段信息
查看集群 Pod 网段(/20)：
### Create network subnet of flannel .
etcdctl --endpoint=$ETCD_ENPOINTS \
  --ca-file=${CA_DIR}/ca.pem \
  --cert-file=${CA_DIR}/etcd.pem \
  --key-file=${CA_DIR}/etcd-key.pem \
  get ${FLANNEL_ETCD_PREFIX}/config

输出：

{"Network":"172.20.0.0/20", "SubnetLen": 21, "Backend": {"Type": "vxlan"}}

查看已分配的 Pod 子网段列表(/24):

etcdctl --endpoints=$ETCD_ENPOINTS \
  --ca-file=${CA_DIR}/ca.pem \
  --cert-file=${CA_DIR}/etcd.pem \
  --key-file=${CA_DIR}/etcd-key.pem \
  ls ${FLANNEL_ETCD_PREFIX}/subnets

输出（结果视部署情况而定）：

/k8s/network/subnets/172.16.1.0-24
/k8s/network/subnets/172.16.3.0-24
/k8s/network/subnets/172.16.13.0-24
/k8s/network/subnets/172.16.15.0-24
/k8s/network/subnets/172.16.8.0-24

查看某一 Pod 网段对应的节点 IP 和 flannel 接口地址:

etcdctl --endpoints=$ETCD_ENPOINTS \
  --ca-file=${CA_DIR}/ca.pem \
  --cert-file=${CA_DIR}/etcd.pem \
  --key-file=${CA_DIR}/etcd-key.pem \
  ls ${FLANNEL_ETCD_PREFIX}/subnets

输出（结果视部署情况而定）：

{"PublicIP":"192.168.20.24","BackendType":"vxlan","BackendData":{"VtepMAC":"a6:92:04:07"}}
  • 192.168.20.24指节点master-ks8-n03；
  • VtepMAC 为master-ks8-n03节点的 flannel.1 网卡 MAC 地址；
2.8 检查节点 flannel 网络信息

随机登陆一台master节点，这里以master-ks8-n03为例

$ ifconfig

eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.20.24  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.20.255
        ether 00:50:56:b9:9c:b1  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 305607  bytes 52151972 (49.7 MiB)
        RX errors 0  dropped 1176  overruns 0  frame 0
        TX packets 355321  bytes 58794327 (56.0 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

eth2: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.10.10.24  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.10.10.255
        ether 00:50:56:b9:2c:1e  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 216915716  bytes 36273314852 (33.7 GiB)
        RX errors 0  dropped 1173  overruns 0  frame 0
        TX packets 207708912  bytes 33334846046 (31.0 GiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

flannel.1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
        inet 172.16.1.0  netmask 255.255.255.255  broadcast 0.0.0.0
        ether a6:92:cc:85:04:07  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 260862  bytes 27280155 (26.0 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 309429  bytes 36792200 (35.0 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
  • flannel.1 网卡的地址为分配的 Pod 子网段的第一个 IP（.0），且是 /32 的地址；

查看路由

$ ip route show |grep flannel.1
172.16.3.0/24 via 172.16.3.0 dev flannel.1 onlink 
172.16.8.0/24 via 172.16.8.0 dev flannel.1 onlink 
172.16.13.0/24 via 172.16.13.0 dev flannel.1 onlink 
172.16.15.0/24 via 172.16.15.0 dev flannel.1 onlink
  • 到其它节点 Pod 网段请求都被转发到 flannel.1 网卡；
  • flanneld 根据 etcd 中子网段的信息，如 ${FLANNEL_ETCD_PREFIX}/subnets/172.30.80.0-21 ，来决定进请求发送给哪个节点的互联 IP；
2.9 验证各节点能通过 Pod 网段互通

在各节点上部署 flannel 后，检查是否创建了 flannel 接口(名称可能为 flannel0、flannel.0、flannel.1 等)：这里为flannel.1

ansible master_k8s_vgs -m shell -a ''ping 172.16.1.1 -c 3 && ping 172.16.3.1 -c 3 \
    && ping 172.16.8.1 -c 3 && ping 172.16.13.1 -c 3 && ping 172.16.15.1 -c 3"

上述命令在devops机器上执行。正常情况下，到集群内每个节点都是互通的，如果有不通情况下，检查防火墙设置；

安装完flannel网络插件后，整个集群到这里算大功告成，后面还需要安装相关插件，如dashboard可视化，dns解析，以及监控等等；关于flannel脚本可以从此处获取
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