云原生Kubernetes系列项目实战-k8s集群+高可用负载均衡层+防火墙

一、Kubernetes 区域可采用 Kubeadm 方式进行安装：

1.系统初始化配置：

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

#修改主机名
hostnamectl set-hostname master01
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02
#域名解析
vim /etc/hosts
192.168.91.10 master01
192.168.91.11 node01
192.168.91.20 node02
#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
​
#生效参数
sysctl --system  

2.所有节点部署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
mkdir /etc/docker
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
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker.service
systemctl enable docker.service 
​
docker info | grep "Cgroup Driver"
Cgroup Driver: systemd

3.所有节点安装kubeadm，kubelet和kubectl ：

//定义kubernetes源
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安装组件
yum install -y kubelet-1.20.11 kubeadm-1.20.11 kubectl-1.20.11
​
#开机自启kubelet
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

4.部署K8S集群：

//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

//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@node01:/opt
scp -r /opt/k8s root@node02:/opt
 
#在node节点上执行加载镜像文件
cd /opt/k8s/v1.20.11
for i in $(ls *.tar); do docker load -i $i; done

kubeadm config print init-defaults > /opt/kubeadm-config.yaml
​
cd /opt/
vim kubeadm-config.yaml
......
11 localAPIEndpoint:
12   advertiseAddress: 192.168.91.10        #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  

//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  

5.设定kubectl：

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

//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=192.168.10.19     #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192.168.10.19（有两处）
#- --port=0                 # 搜索port=0，把这一行注释掉
​
systemctl restart kubelet

再次查看node节点状态：

6.所有节点部署网络插件flannel：

//所有节点上传flannel-cni-v1.2.0.tar ,flannel-v0.22.2.tar镜像node 到 /opt 目录，master节点上传cni-plugins-linux-amd64-v1.2.0.tgz,（由于版本更新后 不使用这个） flannel-cni-v1.2.0.tar ,flannel-v0.22.2.tar文件
​
cd /opt 
unzip  kuadmin.zip
docker load -i flannel-v0.22.2.tar
docker load -i flannel-cni-v1.2.0.tar
​

#将flannel-cni-v1.2.0.tar flannel-v0.22.2.tar传给node01和node02
​
scp flannel-cni-v1.2.0.tar flannel-v0.22.2.tar node01:/opt/ 
scp flannel-cni-v1.2.0.tar flannel-v0.22.2.tar node02:/opt/ 
docker load -i flannel-v0.22.2.tar
docker load -i flannel-cni-v1.2.0.tar
​
//在 master 节点创建 flannel 资源（将kube-flannel.yml传入/opt ）
kubectl apply -f kube-flannel.yml
namespace/kube-flannel created

#在 node 节点上执行 kubeadm join 命令加入群集
kubeadm join 192.168.91.10:6443 --token abcdef.0123456789abcdef \
    --discovery-token-ca-cert-hash sha256:8846f1ebde6460f6f8905e3b313bb9828dcfd063606c45944c3ea59d93e4d2b2

#在master节点查看节点状态
​
kubectl get nodes
​
kubectl get pods -n kube-system
​

 //测试 pod 资源创建
kubectl create deployment nginx --image=nginx
kubectl get pods -o wide
#curl访问测试:
kubectl get pod -owide
curl 10.244.2.2

//暴露端口提供服务
kubectl expose deployment nginx --port=80 --type=NodePort
​
kubectl get svc

//扩展3个副本
​
kubectl scale deployment nginx --replicas=3
kubectl get pods -o wide
​

7.部署 Dashboard:

#上传 recommended.yaml 文件到 /opt/k8s 目录中
cd /opt/k8s
vim recommended.yaml
#默认Dashboard只能集群内部访问，修改Service为NodePort类型，暴露到外部：
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  labels:
    k8s-app: kubernetes-dashboard
  name: kubernetes-dashboard
  namespace: kubernetes-dashboard
spec:
  ports:
    - port: 443
      targetPort: 8443
      nodePort: 30001     #添加
  type: NodePort          #添加
  selector:
    k8s-app: kubernetes-dashboard
    
kubectl apply -f recommended.yaml
#创建service account并绑定默认cluster-admin管理员集群角色
kubectl create serviceaccount dashboard-admin -n kube-system
kubectl create clusterrolebinding dashboard-admin --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:dashboard-admin
kubectl describe secrets -n kube-system $(kubectl -n kube-system get secret | awk '/dashboard-admin/{print $1}')

二、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，测试页面可自己定义。

1.生成nginx的pod模板文件

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

2.修改模板文件：

---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    run: nginx
  name: nginx01
spec:
  nodeName: node01
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: node1-html
      mountPath: /usr/share/nginx/html/
  volumes:
  - name: node1-html
    hostPath:
      path: /data/
      type: DirectoryOrCreate
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    run: nginx
  name: nginx02
spec:
  nodeName: node02
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: node2-html
      mountPath: /usr/share/nginx/html/
  volumes:
  - name: node2-html
    hostPath:
      path: /data/
      type: DirectoryOrCreate

 

 

3.使用yaml文件创建自主式Pod资源：

 kubectl apply -f nginx-pod.yaml
 pod/nginx01 created
 pod/nginx02 created

4.查看创建的两个pod，被调度到了不同的node节点：

 kubectl get pods -o wide

 

5.两个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 10.244.1.6   #访问Node01节点的Pod的IP
 curl 10.244.2.6   #访问Node02节点的Pod的IP

 

 

三、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：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    run: nginx
  name: nginx-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
    nodePort: 30000
  selector:
    run: nginx
  type: NodePort

 

2.执行yaml文件：

[root@master01 ~]#kubectl apply -f pod-nginx-service.yaml 
service/nginx-service created

 

3.查看：

kubectl get svc
​
kubectl describe svc nginx-service

 

4.访问网页：

[root@master01 ~]#curl 192.168.91.11:30000
​
[root@master01 ~]#curl 192.168.91.20:30000

 

四、负载均衡区域配置Keepalived+Nginx，实现负载均衡高可用，通过VIP 192.168.10.100和自定义的端口号即可访问K8S发布出来的服务。

1.初始化设置：

 #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
 bash
 hostnamectl set-hostname lb02
 bash

2.配置nginx的官方在线yum源：

vim /etc/yum.repos.d/nginx.repo
[nginx]
name=nginx repo
baseurl=https://nginx.org/packages/centos/7/$basearch/
gpgcheck=0
​
yum install nginx -y

 

3.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 192.168.10.20:30000;    #node01IP:nodePort
         server 192.168.10.30:30000;    #node02IP:nodePort
     }
     server {
         listen 30000;                  #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30000端口
 systemctl start nginx
 systemctl enable nginx
 netstat -natp | grep nginx 

4.两台负载均衡器配置keepalived:

#安装keepalived
yum install -y keepalived
#在/etc/keepalived目录下创建nginx检测脚本
cd /etc/keepalived/
vim check_nginx.sh
#!/bin/bash
#检测nginx是否启动了
A=`ps -C nginx --no-header |wc -l`        
if [ $A -eq 0 ];then    #如果nginx没有启动就启动nginx                        
      systemctl start nginx                #重启nginx
      if [ `ps -C nginx --no-header |wc -l` -eq 0 ];then    #nginx重启失败，则停掉keepalived服务，进行VIP转移
              killall keepalived                    
      fi
fi
#给脚本执行权限
chmod +x check_nginx.sh 

5.修改keepalived配置文件:

vim keepalived.conf
! Configuration File for keepalived
global_defs {
   notification_email {
     acassen@firewall.loc
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 127.0.0.1     #修改邮箱地址
   smtp_connect_timeout 30
   router_id NGINX_01       #修改主备id
   #删掉这里的四行vrrp  
}
#加入周期性检测nginx服务脚本的相关配置
vrrp_script check_nginx{
    script "/etc/keepalived/check_nginx.sh" #心跳执行的脚本，检测nginx是否启动
    interval 2                           #（检测脚本执行的间隔，单位是秒）
}
vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens33   #修改网卡名称
    virtual_router_id 51
    priority 100   #优先级，主不改，备改成比100小就行
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.10.100   #修改VIP地址
    }
    #添加跟踪(执行脚本)
    track_script{
        check_nginx
    }
}
#重启服务
systemctl restart keepalived.service
systemctl enable keepalived.service
#备服务器下载好keepalived后，在主服务器上将脚本和keepalived配置文件传过去
[root@nginx01 keepalived]# scp * 192.168.10.50:`pwd`
#传过去后修改三处
router_id NGINX_02 
state BACKUP
priority 90 
#然后重启服务
systemctl restart keepalived.service
systemctl enable keepalived.service

 

6.在nginx+keepalivd主机上测试查看VIP地址是否生成并测试页面：

五、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。

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="192.168.10.1"
 systemctl restart network   #重启网络

  

2.配置防火墙服务器:

配置两块网卡

 

 

------------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

 

#------------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192.168.91.100转换为为12.0.0.1
 iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.91.0/24 -o ens37 -j SNAT --to 12.0.0.1
  #-t nat                  //指定nat表
  #-A POSTROUTING          //在POSTROUTING链中添加规则  
  #-s 192.168.91.100/24    //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 192.168.91.100:3344
 iptables -t nat -A PREROUTING -i ens37 -d 12.0.0.1 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.91.100:30000
  #-A PREROUTING         //在PREROUTING链中添加规则        
  #-i ens37              //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 192.168.91.100:3344   //使用DNAT功能，将目的地址和端口转换成192.168.10.100:3344

 

3.客户端修改网关配置文件，测试访问内网的Web服务：

客户端IP地址：12.0.0.12，将网关地址设置为防火墙服务器的外网网卡地址：12.0.0.1
 浏览器输入 curl 12.0.0.1 进行访问