05-安装calico网络组件.md

首先回顾下K8S网络设计原则，在配置集群网络插件或者实践K8S 应用/服务部署请时刻想到这些原则：

1.每个Pod都拥有一个独立IP地址，Pod内所有容器共享一个网络命名空间
2.集群内所有Pod都在一个直接连通的扁平网络中，可通过IP直接访问
- 所有容器之间无需NAT就可以直接互相访问
- 所有Node和所有容器之间无需NAT就可以直接互相访问
- 容器自己看到的IP跟其他容器看到的一样
3.Service cluster IP尽可在集群内部访问，外部请求需要通过NodePort、LoadBalance或者Ingress来访问

Container Network Interface (CNI)是目前CNCF主推的网络模型，它由两部分组成：

CNI Plugin负责给容器配置网络，它包括两个基本的接口
- 配置网络: AddNetwork(net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) (types.Result, error)
- 清理网络: DelNetwork(net *NetworkConfig, rt *RuntimeConf) error
IPAM Plugin负责给容器分配IP地址

Kubernetes Pod的网络是这样创建的：

0.每个Pod除了创建时指定的容器外，都有一个kubelet启动时指定的基础容器，比如：mirrorgooglecontainers/pause-amd64 registry.access.redhat.com/rhel7/pod-infrastructure
1.首先 kubelet创建基础容器生成network namespace
2.然后 kubelet调用网络CNI driver，由它根据配置调用具体的CNI 插件
3.然后 CNI 插件给基础容器配置网络
4.最后 Pod 中其他的容器共享使用基础容器的网络

本文档基于CNI driver 调用calico 插件来配置kubernetes的网络，常用CNI插件有 flannel calico weave等等，这些插件各有优势，也在互相借鉴学习优点，比如：在所有node节点都在一个二层网络时候，flannel提供hostgw实现，避免vxlan实现的udp封装开销，估计是目前最高效的；calico也针对L3 Fabric，推出了IPinIP的选项，利用了GRE隧道封装；因此这些插件都能适合很多实际应用场景，这里选择calico，主要考虑它支持 kubernetes network policy。

推荐阅读calico kubernetes Integration Guide

calico-node需要在所有master节点和node节点安装

roles/calico/
├── tasks
│   └── main.yml
└── templates
    ├── calicoctl.cfg.j2
    ├── calico-node.service.j2
    └── cni-calico.conf.j2

请在另外窗口打开roles/calico/tasks/main.yml 文件，对照看以下讲解内容。

创建calico 证书申请

{
  "CN": "calico",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "HangZhou",
      "L": "XS",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}

calico 使用客户端证书，所以hosts字段可以为空；后续可以看到calico证书用在四个地方：
- calico/node 这个docker 容器运行时访问 etcd 使用证书
- cni 配置文件中，cni 插件需要访问 etcd 使用证书
- calicoctl 操作集群网络时访问 etcd 使用证书
- calico/kube-controllers 同步集群网络策略时访问 etcd 使用证书

创建 calico-node 的服务文件 calico-node.service.j2

[Unit]
Description=calico node
After=docker.service
Requires=docker.service

[Service]
User=root
PermissionsStartOnly=true
ExecStart={{ bin_dir }}/docker run --net=host --privileged --name=calico-node \
  -e ETCD_ENDPOINTS={{ ETCD_ENDPOINTS }} \
  -e ETCD_CA_CERT_FILE=/etc/calico/ssl/ca.pem \
  -e ETCD_CERT_FILE=/etc/calico/ssl/calico.pem \
  -e ETCD_KEY_FILE=/etc/calico/ssl/calico-key.pem \
  -e CALICO_LIBNETWORK_ENABLED=true \
  -e CALICO_NETWORKING_BACKEND=bird \
  -e CALICO_DISABLE_FILE_LOGGING=true \
  -e CALICO_IPV4POOL_CIDR={{ CLUSTER_CIDR }} \
  -e CALICO_IPV4POOL_IPIP=off \
  -e FELIX_DEFAULTENDPOINTTOHOSTACTION=ACCEPT \
  -e FELIX_IPV6SUPPORT=false \
  -e FELIX_LOGSEVERITYSCREEN=info \
  -e FELIX_IPINIPMTU=1440 \
  -e FELIX_HEALTHENABLED=true \
  -e IP= \
  -v /etc/calico/ssl:/etc/calico/ssl \
  -v /var/run/calico:/var/run/calico \
  -v /lib/modules:/lib/modules \
  -v /run/docker/plugins:/run/docker/plugins \
  -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock \
  -v /var/log/calico:/var/log/calico \
  calico/node:v2.6.2
ExecStop={{ bin_dir }}/docker rm -f calico-node
Restart=always
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

详细配置参数请参考calico官方文档
calico-node是以docker容器运行在host上的，因此需要把之前的证书目录 /etc/calico/ssl挂载到容器中
配置ETCD_ENDPOINTS 、CA、证书等，所有{{ }}变量与ansible hosts文件中设置对应
配置集群POD网络 CALICO_IPV4POOL_CIDR={{ CLUSTER_CIDR }}
本K8S集群运行在自有kvm虚机上，虚机间没有网络ACL限制，因此可以设置CALICO_IPV4POOL_IPIP=off，如果运行在公有云虚机上可能需要打开这个选项 CALICO_IPV4POOL_IPIP=always
配置FELIX_DEFAULTENDPOINTTOHOSTACTION=ACCEPT 默认允许Pod到Node的网络流量，更多felix配置选项

启动calico-node

准备cni-calico配置文件 cni-calico.conf.j2

{
    "name": "calico-k8s-network",
    "cniVersion": "0.1.0",
    "type": "calico",
    "etcd_endpoints": "{{ ETCD_ENDPOINTS }}",
    "etcd_key_file": "/etc/calico/ssl/calico-key.pem",
    "etcd_cert_file": "/etc/calico/ssl/calico.pem",
    "etcd_ca_cert_file": "/etc/calico/ssl/ca.pem",
    "log_level": "info",
    "mtu": 1500,
    "ipam": {
        "type": "calico-ipam"
    },
    "policy": {
        "type": "k8s"
    },
    "kubernetes": {
        "kubeconfig": "/root/.kube/config"
    }
}

主要配置etcd相关、ipam、policy等，配置选项参考

[可选]配置calicoctl工具 calicoctl.cfg.j2

apiVersion: v1
kind: calicoApiConfig
metadata:
spec:
  datastoreType: "etcdv2"
  etcdEndpoints: {{ ETCD_ENDPOINTS }}
  etcdKeyFile: /etc/calico/ssl/calico-key.pem
  etcdCertFile: /etc/calico/ssl/calico.pem
  etcdCACertFile: /etc/calico/ssl/ca.pem

验证calico网络

执行calico安装 ansible-playbook 05.calico.yml 成功后可以验证如下：(需要等待calico/node:v2.6.2 镜像下载完成，有时候即便上一步已经配置了docker国内加速，还是可能比较慢，建议确认以下容器运行起来以后，再执行后续步骤)

docker ps 
CONTAINER ID        IMAGE                COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
631dde89eada        calico/node:v2.6.2   "start_runit"       10 minutes ago      Up 10 minutes                           calico-node

查看网卡和路由信息

ip a   #...省略其他网卡信息，可以看到包含类似cali1cxxx的网卡
3: caliccc295a6d4f@if4: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default 
    link/ether 12:79:2f:fe:8d:28 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet6 fe80::1079:2fff:fefe:8d28/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
5: tunl0@NONE: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop state DOWN group default qlen 1
    link/ipip 0.0.0.0 brd 0.0.0.0
# tunl0网卡现在不用管，是默认生成的，当开启IPIP 特性时使用的隧道

route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.1.1     0.0.0.0         UG    0      0        0 ens3
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 ens3
172.17.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 docker0
172.20.3.64     192.168.1.65    255.255.255.192 UG    0      0        0 ens3
172.20.33.128   0.0.0.0         255.255.255.192 U     0      0        0 *
172.20.33.129   0.0.0.0         255.255.255.255 UH    0      0        0 caliccc295a6d4f
172.20.104.0    192.168.1.37    255.255.255.192 UG    0      0        0 ens3
172.20.166.128  192.168.1.36    255.255.255.192 UG    0      0        0 ens3

查看所有calico节点状态

calicoctl node status
Calico process is running.

IPv4 BGP status
+--------------+-------------------+-------+----------+-------------+
| PEER ADDRESS |     PEER TYPE     | STATE |  SINCE   |    INFO     |
+--------------+-------------------+-------+----------+-------------+
| 192.168.1.34 | node-to-node mesh | up    | 12:34:00 | Established |
| 192.168.1.35 | node-to-node mesh | up    | 12:34:00 | Established |
| 192.168.1.63 | node-to-node mesh | up    | 12:34:01 | Established |
| 192.168.1.36 | node-to-node mesh | up    | 12:34:00 | Established |
| 192.168.1.65 | node-to-node mesh | up    | 12:34:00 | Established |
| 192.168.1.37 | node-to-node mesh | up    | 12:34:15 | Established |
+--------------+-------------------+-------+----------+-------------+

BGP 协议是通过TCP 连接来建立邻居的，因此可以用netstat 命令验证 BGP Peer

netstat -antlp|grep ESTABLISHED|grep 179
tcp        0      0 192.168.1.66:179        192.168.1.35:41316      ESTABLISHED 28479/bird      
tcp        0      0 192.168.1.66:179        192.168.1.36:52823      ESTABLISHED 28479/bird      
tcp        0      0 192.168.1.66:179        192.168.1.65:56311      ESTABLISHED 28479/bird      
tcp        0      0 192.168.1.66:42000      192.168.1.37:179        ESTABLISHED 28479/bird 
tcp        0      0 192.168.1.66:179        192.168.1.34:40243      ESTABLISHED 28479/bird      
tcp        0      0 192.168.1.66:179        192.168.1.63:48979      ESTABLISHED 28479/bird

查看集群ipPool情况

calicoctl get ipPool -o yaml
- apiVersion: v1
  kind: ipPool
  metadata:
    cidr: 172.20.0.0/16
  spec:
    nat-outgoing: true

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