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【IT知识】Docker Flannel+Etcd分布式网络部署

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一 环境准备

1.1 Flannel概述

Flannel是一种基于overlay网络的跨主机容器网络解决方案,即将TCP数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信,Flannel是CoreOS开发,专门用于docker多机互联的一个工具,让集群中的不同节点主机创建的容器都具有全集群唯一的虚拟ip地址

1.2 原理说明

Flannel为每个host分配一个subnet,容器从subnet中分配IP,这些IP可以在host间路由,容器间无需使用nat和端口映射即可实现跨主机通信。每个subnet都是从一个更大的IP池中划分的,flannel会在每个主机上运flanneld的agent,负责从池子中分配subnet。
Flannel使用etcd存放网络配置、已分配的subnet、host的IP等信息,Flannel数据包在主机间转发是由backend实现的,目前已经支持UDP、VxLAN、host-gw、AWS VPC和GCE路由等多种backend。

1.3 基础环境

ntp配置:略 #建议配置ntp服务,保证时间一致性
etcd版本:v3.3.9
docker版本:18.06.1-ce
防火墙及SELinux:关闭防火墙和SELinux

名称地址主机名备注
docker01172.24.8.111docker01.example.com
docker02172.24.8.112docker02.example.com
etcd1172.24.8.113etcd1.example.com用于保存相关IP信息
docker01中容器网段10.1.15.2/24container01网段10.1.15.0/24
docker02中容器网段10.1.20.2/24container03网段10.1.20.0/24
  1 # hostnamectl set-hostname docker01.example.com
  2 # hostnamectl set-hostname docker02.example.com
  3 # hostnamectl set-hostname etcd1.example.com

提示:主机名非必须。

1.4 架构示意图


数据转发流程

  1. 容器直接使用目标容器的ip访问,默认通过容器内部的eth0发送出去。
  2. 报文通过veth pair被发送到vethXXX。
  3. vethXXX直接连接到虚拟交换机docker0的,报文通过虚拟bridge docker0发送出去。
  4. 查找路由表,外部容器ip的报文都会转发到flannel0虚拟网卡,这是一个P2P的虚拟网卡,然后报文就被转发到监听在另一端的flanneld。
  5. flanneld通过etcd维护了各个节点之间的路由表,把原来的报文UDP封装一层,通过配置的iface发送出去。
  6. 报文通过主机之间的网络找到目标主机。
  7. 报文继续往上,到传输层,交给监听在8285端口的flanneld程序处理。
  8. 数据被解包,然后发送给flannel0虚拟网卡。
  9. 查找路由表,发现对应容器的报文要交给docker0。
  10. docker0找到连到自己的容器,把报文发送过去。

1.5 相关顺序

部署顺序建议为:etcd—->flannel—->docker,也可独立分开部署,可能需要重启相关服务,才能使flannel从etcd获取网络信息,docker才能从flannel获取相关IP。
启动顺序必须为:etcd—->flannel—->docker,必须保证etcd启动正常,才能使flannel获取正确地址段,docker容器才能从flannel获取唯一地址。

二 etcd节点部署

2.1 单节点部署etcd

  1 root@etcd1:~# mkdir -p /var/log/etcd/			#建议创建etcd日志保存目录
  2 root@etcd1:~# mkdir -p /data/etcd			        #建议创建单独的etcd数据目录
  3 root@etcd1:~# ETCD_VER=v3.3.10
  4 root@etcd1:~# GITHUB_URL=https://github.com/etcd-io/etcd/releases/download
  5 root@etcd1:~# DOWNLOAD_URL=${GITHUB_URL}
  6 root@etcd1:~# curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${ETCD_VER}/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -o /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
  7 root@etcd1:~# tar xzvf /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz -C /tmp/etcd-download-test --strip-components=1
  8 root@etcd1:~# rm -f /tmp/etcd-${ETCD_VER}-linux-amd64.tar.gz
  9 
 10 root@etcd1:~# cp /tmp/etcd-download-test/etcd* /usr/local/bin/
 11 root@etcd1:~# etcd --version

 

2.2 采用systemd管理

  1 root@etcd1:~# vi /lib/systemd/system/etcd.service	#创建用于systemd管理的文件
  2 [Unit]
  3 Description=etcd
  4 Documentation=https://github.com/coreos/etcd
  5 Conflicts=etcd.service
  6 
  7 [Service]
  8 Type=notify
  9 Restart=always
 10 RestartSec=5s
 11 LimitNOFILE=40000
 12 TimeoutStartSec=0
 13 
 14 ExecStart=/usr/local/bin/etcd --name etcd1 --data-dir /data/etcd \
 15 --listen-client-urls http://172.24.8.113:2379,http://127.0.0.1:2379 \
 16 --advertise-client-urls http://172.24.8.113:2379
 17 
 18 [Install]
 19 WantedBy=multi-user.target

提示:使用yum安装etcd则etcd.service会自动创建,且引用/etc/etcd/etcd.conf中的配置文件参数启动。

2.4 Etcd中添加相应网段

按照1.3基础环境规划网段,添加etcd键值。

  1 root@etcd1:~# etcdctl --endpoints http://172.24.8.113:2379 set /flannel/network/config '{"Network": "10.1.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.1.15.0","SubnetMax": "10.1.20.0", "Backend": {"Type": "vxlan"}}'
  2 Network(字符串):CIDR格式的IPv4网络,用于整个flannel网络。(这是唯一的强制密钥。)
  3 SubnetLen(整数):分配给每个主机的子网大小,除非Network小于24,否则默认为24(即/24)。
  4 SubnetMin(字符串):子网分配应从哪个IP范围开始,默认为第一个子网Network。
  5 SubnetMax(字符串):子网分配应结束的IP范围的结尾,默认为最后一个子网Network。
  6 Backend(后端):要使用的后端类型和该后端的特定配置。
  7 root@etcd1:~# etcdctl get /flannel/network/config
  8 {"Network": "10.0.0.0/16", "SubnetLen": 24, "SubnetMin": "10.1.15.0","SubnetMax": "10.1.20.0", "Backend": {"Type": "vxlan"}}

 

三 flannel节点部署

3.1 安装flannel

  1 root@etcd1:~# mkdir /tmp/flannel-download-test
  2 root@etcd1:~# FLANNEL_VER=v0.10.0
  3 root@etcd1:~# GITHUB_URL=https://github.com/coreos/flannel/releases/download
  4 root@etcd1:~# DOWNLOAD_URL=${GITHUB_URL}
  5 root@etcd1:~# curl -L ${DOWNLOAD_URL}/${FLANNEL_VER}/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz -o /tmp/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz
  6 root@etcd1:~# tar xzvf /tmp/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz -C /tmp/flannel-download-test
  7 root@etcd1:~# rm -f /tmp/flannel-${FLANNEL_VER}-linux-amd64.tar.gz
  8 
  9 root@etcd1:~# cp /tmp/flannel-download-test/flanneld /usr/local/bin/
 10 root@etcd1:~# cp /tmp/flannel-download-test/mk-docker-opts.sh /usr/local/bin/

 

3.2 采用systemd管理

  1 root@etcd1:~# vi /lib/systemd/system/flanneld.service	#创建用于systemd管理的文件
  2 [Unit]
  3 Description=Flanneld overlay address etcd agent
  4 Documentation=https://github.com/coreos/flannel
  5 After=network.target
  6 After=network-online.target
  7 Wants=network-online.target
  8 After=etcd.service				                #指定flannel在etcd之后、docker之前启动
  9 Before=docker.service
 10 
 11 [Service]
 12 User=root
 13 Type=notify
 14 LimitNOFILE=65536
 15 EnvironmentFile=/etc/flannel/flanneld.conf	                #指定flannel配置文件
 16 ExecStart=/usr/local/bin/flanneld \
 17 -etcd-endpoints=${FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS} \
 18 -etcd-prefix=${FLANNEL_ETCD_PREFIX} $FLANNEL_OPTIONS
 19 #使用引用flannel配置文件中的参数形式
 20 ExecStartPost=/usr/local/bin/mk-docker-opts.sh -k DOCKER_NETWORK_OPTIONS -d /run/flannel/docker				                                                #见解读部分
 21 Restart=on-failure
 22 
 23 
 24 [Install]
 25 WantedBy=multi-user.target

 

3.3 创建flannel配置文件

  1 root@docker01:~# mkdir /etc/flannel
  2 root@docker01:~# vi /etc/flannel/flanneld.conf
  3 # Flanneld configuration options
  4 # etcd url location.  Point this to the server where etcd runs
  5 FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS="http://172.24.8.113:2379"           #指定etcd服务器的监听地址
  6 
  7 # etcd config key.  This is the configuration key that flannel queries
  8 # For address range assignment
  9 FLANNEL_ETCD_PREFIX="/flannel/network"	                #指定etcd网络参数所存储键值的key
 10 
 11 # Any additional options that you want to pass
 12 FLANNEL_OPTIONS="-iface=eth0"			        #指定用于主机间通信的接口,参数值也可为IP地址

提示:使用yum安装etcd则flannel.service会自动创建,若通过yum安装,所有相关systemd管理文件会自动创建,可参考:
https://www.cnblogs.com/kevingrace/p/6859114.html
https://www.cnblogs.com/devilwind/p/8880677.html
进行配置和修改。
docker02节点参考以上配置即可。
解读:
/etc/sysconfig/flanneld:配置相关flannel启动参数,用于flannel从etcd获取唯一地址段;
mk-docker-opts.sh:mk-docker-opts.sh运行后会讲flannel获取的网络参数写入/run/flannel/subnet.env文件;
-k DOCKER_NETWORK_OPTIONS:-k会将默认组合键,即DOCKER_OPTS=转换为DOCKER_NETWORK_OPTIONS,主要方便于yum安装的docker直接引用(即docker.service中的Service字段ExecStart行为已经包括$DOCKER_NETWORK_OPTIONS,从而不需要再次添加$DOCKER_OPTS);
-d /run/flannel/docker:将/run/flannel/subnet.env文件转换为docker能识别的格式后保存为/run/flannel/docker。

四 配置docker

4.1 docker环境

docker01和docker02节点均需要安装docker,具体方式见《002.docker版本及安装》。

4.2 修改docker启动参数

  1 root@docker01:~# vi /lib/systemd/system/docker.service
  2 #……
  3 EnvironmentFile=/run/flannel/docker		#添加flannel转换后的docker能识别的配置文件
  4 ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// $DOCKER_NETWORK_OPTIONS
  5 #……

提示:需要将docker修改为采用flannel网络。
docker02节点参考以上配置即可。

五 启动相关服务

5.1 启动etcd服务

  1 root@etcd1:~# systemctl daemon-reload			#只需要在etcd节点
  2 root@etcd1:~# systemctl restart etcd.service
  3 root@etcd1:~# systemctl enable etcd.service
  4 root@etcd1:~# ps -ef | grep etcd			        #验证是否启动正常

 

5.2 启动flannel服务

  1 root@docker01:~# systemctl daemon-reload		        #docker01和docker02节点
  2 root@docker01:~# systemctl restart flanneld.service
  3 root@docker01:~# systemctl enable flanneld.service
  4 root@docker01:~# ps -ef | grep flanneld			#验证是否启动正常

 

5.3 启动docker服务

  1 root@docker01:~# systemctl daemon-reload
  2 root@docker01:~# systemctl restart docker.service
  3 root@docker01:~# systemctl enable docker.service

提示:docker02节点参考以上配置即可。

六 验证确认

6.1 验证flannel获取网络参数

  1 root@docker01:~# cat /run/flannel/docker		#检查flannel获取网络参数情况
  2 DOCKER_OPT_BIP="--bip=10.1.19.1/24"
  3 DOCKER_OPT_IPMASQ="--ip-masq=true"
  4 DOCKER_OPT_MTU="--mtu=1450"
  5 DOCKER_NETWORK_OPTIONS=" --bip=10.1.19.1/24 --ip-masq=true --mtu=1450"
  6 root@docker01:~# ifconfig | grep -A6 docker
  7 root@docker01:~# ifconfig | grep -A6 flannel

 

七 测试确认

7.1 创建测试容器

  1 root@docker01:~# docker run -id --name Container01 busybox
  2 root@docker02:~# docker run -id --name Container01 busybox


 
示:flannel为动态分配IP,因此实际IP可能和实例架构图不一致,请根据实际情况规划相关业务IP。

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