K8S内容分发网络之集群，nginx，负载均衡，防火墙

节点	IP	安装组件
master(2C/4G，cpu核心数要求大于2)	192.168.174.15	docker、kubeadm、kubelet、kubectl、flannel
node01(2C/2G)	192.168.174.18	docker、kubeadm、kubelet、kubectl、flannel
node02(2C/2G)	192.168.174.19	docker、kubeadm、kubelet、kubectl、flannel
lb01	192.168.174.18	nginx，keepalived
lb02	192.168.174.19	nginx，keepalived
网关服务器	内网网卡ens33：192.168.174.12，外网网卡ens37：12.0.0.1	iptables
客户端	12.0.0.12

一、Kubernetes 区域可采用 Kubeadm 方式进行安装。

1.所有节点，关闭防火墙规则，关闭selinux，关闭swap交换

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
swapoff -a						#交换分区必须要关闭
sed -ri 's/.*swap.*/#&/' /etc/fstab		#永久关闭swap分区，&符号在sed命令中代表上次匹配的结果
#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

2.修改主机名

hostnamectl set-hostname master01
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02

3.所有节点修改hosts文件

vim /etc/hosts
192.168.174.15 master01
192.168.174.18 node01
192.168.174.19 node02

4.调整内核参数

cat > /etc/sysctl.d/kubernetes.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

5.生效参数

sysctl --system  

6.安装软件

（1）所有节点安装docker

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 <<EOF
{
  "registry-mirrors": ["https://6ijb8ubo.mirror.aliyuncs.com"],
  "exec-opts": ["native.cgroupdriver=systemd"],
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "100m"
  }
}
EOF
#使用Systemd管理的Cgroup来进行资源控制与管理，因为相对Cgroupfs而言，Systemd限制CPU、内存等资源更加简单和成熟稳定。
#日志使用json-file格式类型存储，大小为100M，保存在/var/log/containers目录下，方便ELK等日志系统收集和管理日志。
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker.service
systemctl enable docker.service 

docker info | grep "Cgroup Driver"

（2）所有节点安装kubeadm，kubelet和kubectl

cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo << EOF
[kubernetes]
name=Kubernetes
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/repos/kubernetes-el7-x86_64
enabled=1
gpgcheck=0
repo_gpgcheck=0
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/yum-key.gpg https://mirrors.aliyun.com/kubernetes/yum/doc/rpm-package-key.gpg
EOF

yum install -y kubelet-1.20.11 kubeadm-1.20.11 kubectl-1.20.11
systemctl enable kubelet.service
#K8S通过kubeadm安装出来以后都是以Pod方式存在，即底层是以容器方式运行，所以kubelet必须设置开机自启

7.部署K8S集群

（1）查看初始化需要的镜像

kubeadm config images list

（2）在 master 节点上传 v1.20.11.zip压缩包至 /opt 目录

unzip v1.20.11.zip -d /opt/k8s
cd /opt/k8s/v1.20.11
for i in $(ls *.tar); do docker load -i $i; done

（3）复制镜像和脚本到 node 节点，并在 node 节点上执行脚本加载镜像文件

scp -r /opt/k8s root@192.168.174.18:/opt
scp -r /opt/k8s root@192.168.174.19:/opt
cd /opt/k8s/v1.20.11
for i in $(ls *.tar); do docker load -i $i; done

（3）初始化kubeadm

方法一：
kubeadm config print init-defaults > /opt/kubeadm-config.yaml

cd /opt/
vim kubeadm-config.yaml
......
11 localAPIEndpoint:
12   advertiseAddress: 192.168.174.15		#指定master节点的IP地址
13   bindPort: 6443
......
34 kubernetesVersion: v1.20.11				#指定kubernetes版本号
35 networking:
36   dnsDomain: cluster.local
37   podSubnet: "10.244.0.0/16"				#指定pod网段，10.244.0.0/16用于匹配flannel默认网段
38   serviceSubnet: 10.96.0.0/16			#指定service网段
39 scheduler: {}

#末尾再添加以下内容
---
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: ipvs									#把默认的kube-proxy调度方式改为ipvs模式

kubeadm init --config=kubeadm-config.yaml --upload-certs | tee kubeadm-init.log
#--experimental-upload-certs 参数可以在后续执行加入节点时自动分发证书文件，K8S V1.16版本开始替换为 --upload-certs
#tee kubeadm-init.log 用以输出日志

8.查看 kubeadm-init 日志

less kubeadm-init.log

kubernetes配置文件目录
ls /etc/kubernetes/

//存放ca等证书和密码的目录
ls /etc/kubernetes/pki

方法二：

kubeadm init \
--apiserver-advertise-address=192.168.174.15 \
--image-repository registry.aliyuncs.com/google_containers \
--kubernetes-version=v1.20.11 \
--service-cidr=10.96.0.0/16 \
--pod-network-cidr=10.244.0.0/16 \

--token-ttl=0

初始化集群需使用kubeadm init命令，可以指定具体参数初始化，也可以指定配置文件初始化。
可选参数：
--apiserver-advertise-address：apiserver通告给其他组件的IP地址，一般应该为Master节点的用于集群内部通信的IP地址，0.0.0.0表示节点上所有可用地址
--apiserver-bind-port：apiserver的监听端口，默认是6443
--cert-dir：通讯的ssl证书文件，默认/etc/kubernetes/pki
--control-plane-endpoint：控制台平面的共享终端，可以是负载均衡的ip地址或者dns域名，高可用集群时需要添加
--image-repository：拉取镜像的镜像仓库，默认是k8s.gcr.io
--kubernetes-version：指定kubernetes版本
--pod-network-cidr：pod资源的网段，需与pod网络插件的值设置一致。Flannel网络插件的默认为10.244.0.0/16，Calico插件的默认值为192.168.0.0/16；
--service-cidr：service资源的网段
--service-dns-domain：service全域名的后缀，默认是cluster.local

--token-ttl：默认token的有效期为24小时，如果不想过期，可以加上 --token-ttl=0 这个参数

方法二初始化后需要修改 kube-proxy 的 configmap，开启 ipvs
kubectl edit cm kube-proxy -n=kube-system
修改mode: ipvs

9.设定kubectl

kubectl需经由API server认证及授权后方能执行相应的管理操作，kubeadm 部署的集群为其生成了一个具有管理员权限的认证配置文件 /etc/kubernetes/admin.conf，它可由 kubectl 通过默认的 “$HOME/.kube/config” 的路径进行加载。

mkdir -p $HOME/.kube
cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

（1）如果 kubectl get cs 发现集群不健康，更改以下两个文件

vim /etc/kubernetes/manifests/kube-scheduler.yaml 
vim /etc/kubernetes/manifests/kube-controller-manager.yaml

修改如下内容

把--bind-address=127.0.0.1变成--bind-address=192.168.174.15		#修改成k8s的控制节点master01的ip
把httpGet:字段下的hosts由127.0.0.1变成192.168.174.15（有两处）
#- --port=0					# 搜索port=0，把这一行注释掉

systemctl restart kubelet

10.所有节点部署网络插件flannel

方法一：
（1）所有节点上传flannel镜像 flannel.tar 到 /opt 目录，master节点上传 kube-flannel.yml 文件

cd /opt
unzip kuadmin-flannel.zip
docker load -i flannel-cni-v1.2.0.tar 
docker load -i flannel-v0.22.2.tar
mv cni cni_bak
mkdir cni/bin -p
tar zxvf cni-plugins-linux-amd64-v1.2.0.tgz -C cni/bin
ll cni/bin

（2）在 master 节点创建 flannel 资源

kubectl apply -f kube-flannel.yml 

方法二：

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

kubectl apply -f https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml

11.在 node 节点上执行 kubeadm join 命令加入群集

kubeadm join 192.168.174.15:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:c93b6ce2fe56803f792c49da16d0faf04c001f93c8ee8abd24a5fb344474b50c 

12.在master节点查看节点状态

kubectl get nodes

kubectl get pods -n kube-system
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-bccdc95cf-c9w6l          1/1     Running   0          71m
coredns-bccdc95cf-nql5j          1/1     Running   0          71m
etcd-master                      1/1     Running   0          71m
kube-apiserver-master            1/1     Running   0          70m
kube-controller-manager-master   1/1     Running   0          70m
kube-flannel-ds-amd64-kfhwf      1/1     Running   0          2m53s
kube-flannel-ds-amd64-qkdfh      1/1     Running   0          46m
kube-flannel-ds-amd64-vffxv      1/1     Running   0          2m56s
kube-proxy-558p8                 1/1     Running   0          2m53s
kube-proxy-nwd7g                 1/1     Running   0          2m56s
kube-proxy-qpz8t                 1/1     Running   0          71m
kube-scheduler-master            1/1     Running   0          70m

二、创建两个自主式Pod资源

要求在 Kubernetes 环境中，通过yaml文件的方式，创建2个Nginx Pod分别放置在两个不同的节点上，Pod使用hostPath类型的存储卷挂载，节点本地目录共享使用 /data，2个Pod副本测试页面二者要不同，以做区分

1.生成nginx的pod模板文件

 kubectl run mynginx --image=nginx:1.14 --port=80 --dry-run=client -o yaml > mynginx.yaml

2.修改模板文件

vim mynginx.yaml
 ---
 apiVersion: v1
 kind: Pod
 metadata:
   labels:
     app: mcl-nginx      #pod的标签
   name: mcl-nginx01
 spec:
   nodeName: node01       #指定该pod调度到node01节点
   containers:
   - image: nginx:1.14
     name: mynginx
     ports:
     - containerPort: 80   #定义容器的端口
     volumeMounts:         #挂载存储卷
     - name: page01        #名称需要与下方定义的存储卷的名称一致
       mountPath: /usr/share/nginx/html    #容器中的挂载点，设置为nginx服务的网页根目录
       readOnly: false     #可读可写
   volumes:                #定义一个存储卷
   - name: page01          #存储卷的名称
     hostPath:             #存储卷的类型为 hostPath       
       path: /data         #node节点的共享目录
       type: DirectoryOrCreate    #该类型表示如果共享目录不存在，则系统会自动创建该目录
 ---
 apiVersion: v1
 kind: Pod
 metadata:
   labels:
     app: mcl-nginx         #pod的标签
   name: mcl-nginx02
 spec:
   nodeName: node02          #指定该pod调度到node02节点
   containers:
   - name: mynginx
     image: nginx:1.14
     ports:
     - containerPort: 80     #定义容器的端口
     volumeMounts:           #挂载存储卷
     - name: page02          #名称需要与下方定义的存储卷的名称一致
       mountPath: /usr/share/nginx/html   #容器中的挂载点
       readOnly: false
   volumes:               #定义一个存储卷
   - name: page02         #存储卷的名称
     hostPath:            #存储卷类型为 hostPath
       path: /data        #node节点的共享目录
       type: DirectoryOrCreate    #该类型表示如果共享目录不存在，则系统会自动创建该目录
       
 #使用yaml文件创建自主式Pod资源
 kubectl apply -f mynginx.yaml
 
 #查看创建的两个pod，被调度到了不同的node节点
 [root@master ~]# kubectl get pods -o wide
 NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
mcl-nginx01                        1/1     Running   0          38s   10.244.1.10   node01   <none>           <none>
mcl-nginx02                        1/1     Running   0          38s   10.244.2.14   node02   <none>           <none>
nginx-deployment-9448647c5-h7h26   1/1     Running   0          15d   10.244.2.13   node02   <none>           <none>
nginx-deployment-9448647c5-qs99r   1/1     Running   0          15d   10.244.2.11   node02   <none>           <none>
nginx-deployment-9448647c5-vm6sk   1/1     Running   0          15d   10.244.2.12   node02   <none>           <none>

3.两个node节点的存储卷，写入不同的html文件内容，验证访问网页

 #node01节点
 echo "this is node01" > /data/index.html

 #node02节点
 echo "this is node02 ~~" > /data/index.html

 curl 10.244.1.10  #访问Node01节点的Pod的IP

 curl 10.244.2.14   #访问Node02节点的Pod的IP

三、创建service资源

编写service对应的yaml文件，使用NodePort类型和TCP 30000端口将Nginx服务发布出去。

1.编写service对应的yaml文件

 vim myservice.yaml
 apiVersion: v1
 kind: Service
 metadata: 
    name: mcl-nginx-svc
    namespace: default   
 spec:
   type: NodePort        #service类型设置为NodePort
   ports: 

   - port: 80            #service使用的端口号，ClusterIP后面跟的端口号。
     targetPort: 80      #需要转发到的后端Pod的端口号
     nodePort: 30000     #指定映射到物理机的端口号，k8s集群外部可以使用nodeIP:nodePort访问service
        selector:             
     app: mcl-nginx     #标签选择器要和上一步创建的pod的标签保持一致

 #创建service资源    
 kubectl apply -f myservice.yaml

2.查看service资源

 kubectl get svc
 NAME               TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)           AGE
kubernetes         ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP           16d
mcl-nginx-svc      NodePort    10.96.152.69    <none>        80:30000/TCP      12s
nginx              NodePort    10.96.173.35    <none>        80:30291/TCP      15d
nginx-deployment   NodePort    10.96.134.133   <none>        30000:32070/TCP   15d

 #查看service资源的详细信息
 kubectl describe svc mcl-nginx-svc  
Name:                     mcl-nginx-svc
Namespace:                default
Labels:                   <none>
Annotations:              <none>
Selector:                 app=mcl-nginx
Type:                     NodePort
IP Families:              <none>
IP:                       10.96.152.69
IPs:                      10.96.152.69
Port:                     <unset>  80/TCP
TargetPort:               80/TCP
NodePort:                 <unset>  30000/TCP
Endpoints:                10.244.1.10:80,10.244.2.14:80
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

3.测试使用nodeIP:nodePort访问nginx网页

 curl 192.168.174.18:30000   #node01

 curl 192.168.174.19:30000   #node02

四、搭建负载均衡层

负载均衡区域配置Keepalived+Nginx，实现负载均衡高可用，通过VIP 192.168.174.100和自定义的端口号即可访问K8S发布出来的服务。

• lb01：192.168.174.18
• lb02：192.168.174.19
• VIP：192.168.174.100

1.两台负载均衡器配置nginx

 #关闭防火墙和selinux
 systemctl stop firewalld
 systemctl disable firewalld
 setenforce 0
 sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
 #设置主机名
 hostnamectl set-hostname lb01
 su
 hostnamectl set-hostname lb02
 su
 #配置nginx的官方在线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node的节点ip和30000端口
 vim /etc/nginx/nginx.conf
 events {
     worker_connections  1024;
 }

 #在http块上方，添加stream块
stream {
    upstream k8s-nodes {
        server 192.168.174.18:30000;    #node01IP:nodePort
        server 192.168.174.19:30000;    #node02IP:nodePort
    }
    server {
        listen 3344;                  #自定义监听端口
        proxy_pass k8s-nodes;
    }
}

 http {
 ......
     #include /etc/nginx/conf.d/*.conf;    #建议将这一行注释掉，否则会同时加载/etc/nginx/conf.d/default.conf文件中的内容，nginx会同时监听80端口。
 }

 #检查配置文件语法是否正确
 nginx -t   

 #启动nginx服务，查看到已监听3344端口
 systemctl start nginx
 systemctl enable nginx
 netstat -natp | grep nginx 
tcp        0      0 0.0.0.0:3344            0.0.0.0:*               LISTEN      941/nginx: master p 

2.两台负载均衡器配置keepalived

 #安装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    #修改为本机回环地址
    smtp_connect_timeout 30
    router_id node01   #lb01节点的为node01，lb02节点的为node02
 }
 #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    #指定组ID，两个节点要一致
     priority 100            #设置优先级，lb01节点设置为 100，lb02节点设置为 90
     advert_int 1
     authentication {
         auth_type PASS
         auth_pass 1111
     }
     virtual_ipaddress {
         192.168.174.100     #指定VIP地址
     }
     track_script {          #追踪脚本
         check_nginx         #指定vrrp_script配置的脚本
     }
 }
 #将配置文件中剩余的内容全都删除

 #主调度器lb01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  #为脚本增加执行权限
 #启动keepalived服务(一定要先启动了nginx服务，再启动keepalived服务，否则keepalived检测到nginx没有启动，会杀死自己)
 systemctl start keepalived
 systemctl enable keepalived
 ip addr             #查看主节点的VIP是否生成

 #测试使用VIP:3344访问web网页
 curl 192.168.174.100:3344

3.关闭主调度器的nginx服务，模拟故障，测试keepalived

 #关闭主调度器lb01的Nginx服务，模拟宕机，观察VIP是否漂移到备节点
 systemctl stop nginx
 ip addr
 systemctl status keepalived   #此时keepalived被脚本杀掉了   
 #备节点查看是否生成了VIP
 ip addr    #此时VIP漂移到备节点lb02
 #恢复主节点
 systemctl start nginx         #先启动nginx
 systemctl start keepalived    #再启动keepalived
 ip addr

五、配置防火墙服务器

iptables防火墙服务器，设置双网卡，并且配置SNAT和DNAT转换实现外网客户端可以通过12.0.0.1访问内网的Web服务。

• 内网网卡ens33：192.168.174.16
• 外网网卡ens37：12.0.0.1

##两台负载均衡器，将网关地址修改为防火墙服务器的内网IP地址
 vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
 GATEWAY="192.168.174.16"
 systemctl restart network   #重启网络
 systemctl restart keepalived   #如果VIP丢失，需要重启一下keepalived
 ##配置防火墙服务器

1.关闭防火墙和selinux

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

2.开启路由转发功能

 vim /etc/sysctl.conf
 net.ipv4.ip_forward = 1     //在文件中增加这一行，开启路由转发功能
 sysctl -p    //加载修改后的配置

3.配置iptables策略

 #先将原有的规则清除
 iptables -F && iptables -t nat -F && iptables -t mangle -F && iptables -X
 #设置SNAT服务，解析源地址。修改nat表中的POSTROUTING链。
 #将源地址192.168.174.100转换为为12.0.0.1
 iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.174.100/24  -j SNAT --to 12.0.0.1
  #-t nat                  //指定nat表
  #-A POSTROUTING          //在POSTROUTING链中添加规则  
  #-s 192.168.174.100/24    //数据包的源地址
  #-o ens36                //出站网卡
  #-j SNAT --to 12.0.0.1   //使用SNAT服务，将源地址转换成公网IP地址。
 #设置DNAT服务，解析目的地址。修改nat表中的PRETROUTING链。
 #将目的地址12.0.0.1:3344 转换成 192.168.174.100:3344
 iptables -t nat -A PREROUTING -i ens37 -d 12.0.0.1 -p tcp --dport 3344 -j DNAT --to 192.168.174.100:3344
  #-A PREROUTING         //在PREROUTING链中添加规则        
  #-i ens36              //入站网卡
  #-d 12.0.0.254         //数据包的目的地址
  #-p tcp --dport 3344   //数据包的目的端口
  #-j DNAT --to 192.168.174.100:3344   //使用DNAT功能，将目的地址和端口转换成192.168.174.100:3344

 iptables -t nat -nL   #查看策略
Chain PREROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         
DNAT       tcp  --  0.0.0.0/0            12.0.0.1             tcp dpt:3344 to:192.168.174.100:3344

Chain INPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         

Chain OUTPUT (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         

Chain POSTROUTING (policy ACCEPT)
target     prot opt source               destination         
SNAT       all  --  192.168.174.0/24     0.0.0.0/0            to:12.0.0.1

4.新增一台客户机（192.168.174.12）

systemctl stop firewalld.service #关闭防火墙安全机制
setenforce 0
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33 
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=b2546c1c-91ee-4caf-b51a-f24baa1c5027
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
IPADDR=12.0.0.12
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=12.0.0.1
#DNS1=8.8.8.8
systemctl restart network  #重启网卡

5.测试

curl 12.0.0.1:3344

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