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k8s部署---Flannel组件部署（二）
更新：HHH   时间：2023-1-7

Flannel容器集群网络部署

  • Overlay Network:覆盖网络，在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连接起来
  • 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：是Overlay网络的一种，也是将源数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前已经支持UDP、VXLAN、AWS、VPC和GCE路由等数据转发方式

Flannel简介

  • Flannel是 CoreOS 团队针对 Kubernetes 设计的一个覆盖网络（Overlay Network）工具，其目的在于帮助每一个使用 Kuberentes 的 CoreOS 主机拥有一个完整的子网
  • Flannel通过给每台宿主机分配一个子网的方式为容器提供虚拟网络，它基于Linux TUN/TAP，使用UDP封装IP包来创建overlay网络，并借助etcd维护网络的分配情况。

Flannel原理

  • Flannel是CoreOS团队针对Kubernetes设计的一个网络规划服务，简单来说，它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。
  • 在默认的Docker配置中，每个Node的Docker服务会分别负责所在节点容器的IP分配。Node内部得容器之间可以相互访问,但是跨主机(Node)网络相互间是不能通信。
  • Flannel设计目的就是为集群中所有节点重新规划IP地址的使用规则，从而使得不同节点上的容器能够获得"同属一个内网"且"不重复的"IP地址，并让属于不同节点上的容器能够直接通过内网IP通信。
  • Flannel 使用etcd存储配置数据和子网分配信息。flannel 启动之后，后台进程首先检索配置和正在使用的子网列表，然后选择一个可用的子网，然后尝试去注册它。
  • etcd也存储这个每个主机对应的ip。flannel 使用etcd的watch机制监视/coreos.com/network/subnets下面所有元素的变化信息，并且根据它来维护一个路由表。
  • 为了提高性能，flannel优化了Universal TAP/TUN设备，对TUN和UDP之间的ip分片做了代理。

Flannel原理图

  • 如图所示Flannel的工作原理可以解释为：

    • 数据从源容器中发出后，经由所在主机的docker0虚拟网卡转发到flannel0虚拟网卡，这是个P2P的虚拟网卡，flanneld服务监听在网卡的另外一端。
    • Flannel通过Etcd服务维护了一张节点间的路由表，该张表里保存了各个节点主机的子网网段信息。
    • 源主机的flanneld服务将原本的数据内容UDP封装后根据自己的路由表投递给目的节点的flanneld服务，数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的flannel0虚拟网卡，然后被转发到目的主机的docker0虚拟网卡，最后就像本机容器通信一样的由docker0路由到达目标容器。
  • 除了UDP，Flannel还支持很多其他的Backend：
    • udp：使用用户态udp封装，默认使用8285端口。由于是在用户态封装和解包，性能上有较大的损失
    • vxlan：vxlan封装，需要配置VNI，Port（默认8472）和GBP
    • host-gw：直接路由的方式，将容器网络的路由信息直接更新到主机的路由表中，仅适用于二层直接可达的网络
    • aws-vpc：使用 Amazon VPC route table 创建路由，适用于AWS上运行的容器
    • gce：使用Google Compute Engine Network创建路由，所有instance需要开启IP forwarding，适用于GCE上运行的容器
    • ali-vpc：使用阿里云VPC route table 创建路由，适用于阿里云上运行的容器

实验部署

实验环境

  • Master01:192.168.80.12
  • Node01:192.168.80.13
  • Node02:192.168.80.14
  • 本篇实验部署是接上篇文章部署的，所以实验环境不变，Flannel只需要在node节点部署，master中不需要部署

Flannel部署

  • 在node01、node02节点中部署docker容器 
    [root@node01 ~]# yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2     //安装依赖包
已加载插件：fastestmirror
base                                                                                  | 3.6 kB  00:00:00
extras                                                                                | 2.9 kB  00:00:00
...
[root@node01 ~]# yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo        //设置阿里云镜像源
已加载插件：fastestmirror
adding repo from: https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
grabbing file https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo to /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
repo saved to /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
[root@node01 ~]# yum install -y docker-ce           //安装Docker-CE
已加载插件：fastestmirror
docker-ce-stable                                                                      | 3.5 kB  00:00:00
(1/2): docker-ce-stable/x86_64/updateinfo                                             |   55 B  00:00:01
(2/2): docker-ce-stable/x86_64/primary_db                                             |  37 kB  00:00:01
Loading mirror speeds from cached hostfile
...
[root@node01 ~]# systemctl start docker.service       //启动docker服务
[root@node01 ~]# systemctl enable docker.service      //配置开机自启
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/docker.service to /usr/lib/systemd/system/docker.service.
[root@node01 ~]# tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'                //配置镜像加速
> {
>   "registry-mirrors": ["https://**********.aliyuncs.com"]
> }
> EOF
{
"registry-mirrors": ["https://**********.aliyuncs.com"]
}
[root@node01 ~]# systemctl daemon-reload         //重新加载进程
[root@node01 ~]# systemctl restart docker       //重启docker
[root@node01 ~]# vim /etc/sysctl.conf           //编辑开启路由转发功能
...
# For more information, see sysctl.conf(5) and sysctl.d(5).
net.ipv4.ip_forward=1
:wq
[root@node01 ~]# sysctl -p            //重新加载
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@node01 ~]# service network restart          //重启网络
Restarting network (via systemctl):                        [  确定  ]
[root@node01 ~]# systemctl restart docker      //重启docker服务
[root@node01 ~]# docker version
Client: Docker Engine - Community           //查看docker版本
Version:           19.03.5
API version:       1.40
Go version:        go1.12.12
...                       //docker服务部署完成
  • master01中操作 
    [root@master01 etcd-cert]# /opt/etcd/bin/etcdctl --ca-file=ca.pem --cert-file=server.pem --key-file=server-key.pem --endpoints="https://192.168.80.12:2379,https://192.168.80.13:2379,https://192.168.80.14:2379" set /coreos.com/network/config '{ "Network": "172.17.0.0/16", "Backend": {"Type": "vxlan"}}'             //写入分配的子网段到ETCD中，供flannel使用
{ "Network": "172.17.0.0/16", "Backend": {"Type": "vxlan"}}
[root@master01 etcd-cert]# /opt/etcd/bin/etcdctl --ca-file=ca.pem --cert-file=server.pem --key-file=server-key.pem --endpoints="https://192.168.80.12:2379,https://192.168.80.13:2379,https://192.168.80.14:2379" get /coreos.com/network/config           //查看是否成功写入
{ "Network": "172.17.0.0/16", "Backend": {"Type": "vxlan"}}
[root@master01 etcd-cert]# cd ..         //回到k8s目录
[root@master01 k8s]# ls                  //查看flannel软件包是否存在
cfssl.sh   etcd-v3.3.10-linux-amd64            kubernetes-server-linux-amd64.tar.gz
etcd-cert  etcd-v3.3.10-linux-amd64.tar.gz
etcd.sh    flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz
[root@master01 k8s]# scp flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz flannel.sh root@192.168.80.13:/root   //将软件包拷贝到node01节点
root@192.168.80.13's password:
flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz                                         100% 9479KB  61.1MB/s   00:00
flannel.sh: No such file or directory
[root@master01 k8s]# scp flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz flannel.sh root@192.168.80.14:/root    //将软件包拷贝到node02节点
root@192.168.80.14's password:
flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz                                         100% 9479KB 119.3MB/s   00:00
flannel.sh: No such file or directory

  • node01、node02节点同步操作

    [root@node01 ~]# ls            //查看软件包是否成功拷贝
anaconda-ks.cfg  flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz
[root@node01 ~]# tar zxvf flannel-v0.10.0-linux-amd64.tar.gz     //解压软件包
flanneld
mk-docker-opts.sh
README.md
[root@node01 ~]# mkdir /opt/kubernetes/{cfg,bin,ssl} -p      //递归创建k8s工作目录
[root@node01 ~]# mv mk-docker-opts.sh flanneld /opt/kubernetes/bin/   //移动脚本文件到工作目录下的bin目录
[root@node01 ~]# vim flannel.sh          //编辑flannel执行脚本  并生成配置文件
#!/bin/bash

ETCD_ENDPOINTS=${1:-"http://127.0.0.1:2379"}

cat <<EOF >/opt/kubernetes/cfg/flanneld

FLANNEL_OPTIONS="--etcd-endpoints=${ETCD_ENDPOINTS} \
-etcd-cafile=/opt/etcd/ssl/ca.pem \
-etcd-certfile=/opt/etcd/ssl/server.pem \
-etcd-keyfile=/opt/etcd/ssl/server-key.pem"

EOF

cat <<EOF >/usr/lib/systemd/system/flanneld.service
[Unit]
Description=Flanneld overlay address etcd agent
After=network-online.target network.target
Before=docker.service

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/opt/kubernetes/cfg/flanneld
ExecStart=/opt/kubernetes/bin/flanneld --ip-masq \$FLANNEL_OPTIONS
ExecStartPost=/opt/kubernetes/bin/mk-docker-opts.sh -k DOCKER_NETWORK_OPTIONS -d /  /run/flannel/subnet.env
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target

EOF

systemctl daemon-reload
systemctl enable flanneld
systemctl restart flanneld
:wq
[root@node01 ~]# bash flannel.sh https://192.168.80.12:2379,https://192.168.80.13:2379,https://192.168.80.14:2379          //执行flannel脚本文件开启flannel网络功能
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/flanneld.service to /usr/lib/systemd/system/flanneld.service.
[root@node01 ~]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service   //配置docker启动脚本连接flannel
...
[Service]
Type=notify
# the default is not to use systemd for cgroups because the delegate issues still
# exists and systemd currently does not support the cgroup feature set required
# for containers run by docker
EnvironmentFile=/run/flannel/subnet.env          //添加连接运行语句
ExecStart=/usr/bin/dockerd $DOCKER_NETWORK_OPTIONS  -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock                       //添加变量
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
TimeoutSec=0
...
:wq
[root@node01 ~]# cat /run/flannel/subnet.env      //查看docker运行时连接flannel文件
DOCKER_OPT_BIP="--bip=172.17.49.1/24"
DOCKER_OPT_IPMASQ="--ip-masq=false"
DOCKER_OPT_MTU="--mtu=1450"
DOCKER_NETWORK_OPTIONS=" --bip=172.17.49.1/24 --ip-masq=false --mtu=1450"    //bip指定启动时的子网 注意：此处node01与node02指定启动时的子网IP地址都属于172.17.0.0/24网段

  • 查看网络

    [root@node01 ~]# systemctl daemon-reload      //重新加载进程
[root@node01 ~]# systemctl restart docker      //重新启动docker
[root@node01 ~]# ifconfig                      //查看网络信息
docker0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
      inet 172.17.49.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 172.17.49.255   //docker0网卡IP地址
      ...
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
    inet 192.168.80.13  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.80.255
   ...
flannel.1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
    inet 172.17.49.0  netmask 255.255.255.255  broadcast 0.0.0.0      //flannel网卡地址
    ...

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
    inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
    ...

  • node02服务器操作

    
   [root@node02 ~]# ifconfig
   docker0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST>  mtu 1500
    inet 172.17.63.1  netmask 255.255.255.0  broadcast 172.17.63.255   //docker网卡信息
    ...

   ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
    inet 192.168.80.14  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.80.255
    ...

  flannel.1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
    inet 172.17.63.0  netmask 255.255.255.255  broadcast 0.0.0.0     //flannel网卡信息
    ...

  lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
    inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
    ...
  [root@node02 ~]# ping 172.17.49.1              //使用ping命令测试网络是否互通
  PING 172.17.49.1 (172.17.49.1) 56(84) bytes of data.
  64 bytes from 172.17.49.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.344 ms
  64 bytes from 172.17.49.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.333 ms
  64 bytes from 172.17.49.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.346 ms
  ^C
  --- 172.17.49.1 ping statistics ---
  3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2000ms
  rtt min/avg/max/mdev = 0.333/0.341/0.346/0.005 ms
  • node01、node02节点服器操作 
    [root@node01 ~]# docker run -it centos:7 /bin/bash     //运行docker镜像
Unable to find image 'centos:7' locally
7: Pulling from library/centos
ab5ef0e58194: Pull complete
Digest: sha256:4a701376d03f6b39b8c2a8f4a8e499441b0d567f9ab9d58e4991de4472fb813c
Status: Downloaded newer image for centos:7
[root@e8ee45a4fd28 /]# yum install net-tools -y     //容器中安装网络工具
Loaded plugins: fastestmirror, ovl
Determining fastest mirrors
* base: mirrors.163.com
* extras: mirrors.163.com
...

  • node01服器操作

    
   [root@e8ee45a4fd28 /]# ifconfig            //查看网卡信息
   eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
    inet 172.17.49.2  netmask 255.255.255.0  broadcast 172.17.49.255
    ...

    lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
    inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
    ...
  • node02服器操作 
       [root@47aa8b55a61a /]# ifconfig          //查看网卡信息
   eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1450
    inet 172.17.63.2  netmask 255.255.255.0  broadcast 172.17.63.255
    ...
   lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
    inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
    ...
   [root@47aa8b55a61a /]# ping 172.17.49.2     //node02服务器中docker容器使用ping命令测试与node01服务器中docker是否可以通信
   PING 172.17.49.2 (172.17.49.2) 56(84) bytes of data.
   64 bytes from 172.17.49.2: icmp_seq=1 ttl=62 time=0.406 ms
   64 bytes from 172.17.49.2: icmp_seq=2 ttl=62 time=0.377 ms
   64 bytes from 172.17.49.2: icmp_seq=3 ttl=62 time=0.389 ms
   64 bytes from 172.17.49.2: icmp_seq=4 ttl=62 time=0.356 ms
   ^C
   --- 172.17.49.2 ping statistics ---
   4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 3001ms
   rtt min/avg/max/mdev = 0.356/0.382/0.406/0.018 ms  //成功通信

    Flannel组件部署完成
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