Kubernetes（k8s）：网络插件之Calico安装与详解

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在Kubernetes集群中，网络插件对于容器间的通信以及与外部网络的连接至关重要。Calico是一个流行的Kubernetes网络插件，它提供了高性能的网络和安全解决方案，适用于各种部署场景。

1、什么是Calico？

Calico是一个开源的网络和安全解决方案，旨在简化和增强Kubernetes集群的网络功能。它采用了BGP协议作为路由协议，通过直接路由的方式实现了高效的容器间通信。

Calico还提供了丰富的网络策略功能，允许用户定义细粒度的网络访问控制规则。

Calico的优势

1、高性能: Calico采用了纯三层架构，避免了网络包的二层封装和解封装过程，提高了网络传输效率和性能。
2、强大的网络策略: Calico支持基于标签的网络策略，可以轻松地定义3、和实施网络访问控制规则，保护容器间的通信安全。
4、易于部署和管理: Calico提供了简单的部署和管理工具，可以轻松集成到Kubernetes集群中，并提供了丰富的监控和调试功能。
5、跨云和混合云支持: Calico支持多种部署场景，包括公有云、私有云和混合云，为用户提供了灵活的选择。

2、安装和配置Calico（控制节点-master执行）

1、下载Calico YAML文件

首先，从Calico的官方GitHub仓库下载Calico YAML文件。可以通过以下命令下载Calico YAML文件，下载文件时不进行 SSL 证书检查：

wget https://docs.projectcalico.org/v3.25/manifests/calico.yaml --no-check-certificate

2、部署Calico

然后，使用kubectl命令将Calico YAML文件部署到Kubernetes集群中：

kubectl apply -f calico.yaml

3、验证部署

等待片刻，直到Calico组件在集群中完全部署和运行。你可以使用以下命令检查Calico的Pod是否正常运行：

kubectl get nodes kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=calico-node

🎈 ：✨✨✨可见只有安装了网络插件，k8s集群下可以正常使用。✨✨✨

kubectl get nodes命令用于获取集群中所有节点的信息。以下是输出详解：1、节点名称（NAME）：列出了集群中每个节点的名称。2、状态（STATUS）：显示节点的当前状态。常见状态包括：Ready：节点处于正常工作状态，可以接受Pod的调度。
NotReady：节点无法接受新的Pod调度，可能由于网络或其他问题导致。
Unknown：无法确定节点的状态，可能由于与节点的通信问题而导致。
角色（ROLES）：显示节点在集群中的角色。通常情况下，一个节点可以扮演多个角色，如：控制平面节点（master）、工作节点（worker）等。3、版本（VERSION）：显示节点上运行的Kubernetes版本。

kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=calico-node命令用于获取在kube-system命名空间中，具有标签k8s-app=calico-node的所有Pod的信息。以下是输出详解：1、名称（NAME）：列出了满足条件的所有Pod的名称。2、就绪（READY）：显示Pod中容器的就绪状态。这是一个由两个数字组成的值，表示容器当前的就绪容器数/容器总数。3、状态（STATUS）：显示Pod的当前状态。常见状态包括：Running：Pod正在运行中。
Pending：Pod处于等待状态，尚未被调度到节点上运行。
CrashLoopBackOff：Pod由于持续崩溃而无法正常运行。
ContainerCreating：Pod中的容器正在创建中。
Terminating：Pod正在被终止。4、重启（RESTARTS）：显示Pod中容器的重启次数。

3、配置网络策略

一旦Calico成功部署，就可以开始配置网络策略。你可以使用Kubernetes的NetworkPolicy资源来定义网络策略，并应用到你的Pod中。

下面是一个简单的 NetworkPolicy 的例子，假设你想要限制只有特定的 Pod 才能访问另一个 Pod：
编辑 allow-from-namespace-a.yaml 文件：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:name: allow-from-namespace-a
spec:podSelector:matchLabels:app: myapppolicyTypes:- Ingressingress:- from:- namespaceSelector:matchLabels:name: namespace-a

上面的配置意味着只有来自名为 “namespace-a” 的命名空间中具有标签 “app=myapp” 的 Pod 才能访问被这个 NetworkPolicy 保护的 Pod。

2、应用配置文件：

使用 kubectl 命令将修改后的allow-from-namespace-a.yaml 文件中的配置应用到你的 Kubernetes 集群中：

kubectl apply -f allow-from-namespace-a.yaml

4、 Calico 的 yaml 文件部分详解

1、ConfigMap配置

ConfigMap 是 Kubernetes 中一种用于存储非敏感数据的对象，它可以用来存储配置文件、环境变量、命令行参数等信息。

ConfigMap 通常用于将应用程序的配置与容器镜像分离，使得配置可以独立于容器进行管理和修改，从而提高了应用程序的可移植性和可维护性。

kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:name: calico-confignamespace: kube-system
data:# Typha is disabled.typha_service_name: "none"# Configure the backend to use.calico_backend: "bird"# Configure the MTU to use for workload interfaces and tunnels.# By default, MTU is auto-detected, and explicitly setting this field should not be required.# You can override auto-detection by providing a non-zero value.veth_mtu: "0"# The CNI network configuration to install on each node. The special# values in this config will be automatically populated.cni_network_config: |-{"name": "k8s-pod-network","cniVersion": "0.3.1","plugins": [{"type": "calico","log_level": "info","log_file_path": "/var/log/calico/cni/cni.log","datastore_type": "kubernetes","nodename": "__KUBERNETES_NODE_NAME__","mtu": __CNI_MTU__,"ipam": {"type": "calico-ipam"},"policy": {"type": "k8s"},"kubernetes": {"kubeconfig": "__KUBECONFIG_FILEPATH__"}},{"type": "portmap","snat": true,"capabilities": {"portMappings": true}},{"type": "bandwidth","capabilities": {"bandwidth": true}}]}

kind: 定义资源类型，这里是一个 ConfigMap，用于存储配置信息。
apiVersion: API 版本，这里使用的是 Kubernetes API 的 v1 版本。
metadata: 元数据部分，包含了该 ConfigMap 的名称和命名空间。
name: ConfigMap 的名称，这里命名为 calico-config。
namespace: ConfigMap 所在的命名空间，这里是 kube-system，通常 Calico 相关的配置会放在这个命名空间中。
data: 数据部分，包含了实际的配置信息。
typha_service_name: Typha 是 Calico 的一个组件，这里设置为 "none" 表示禁用 Typha。
calico_backend: 指定 Calico 使用的后端，这里设置为 "bird"。
veth_mtu: 配置工作负载接口和隧道使用的 MTU（最大传输单元）大小，默认为自动检测。
cni_network_config: CNI 网络配置，这里定义了 Calico 使用的 CNI 插件的配置信息。具体来说：
name: 网络的名称。
cniVersion: CNI 规范的版本。
plugins: 插件列表，包含了 Calico、portmap 和 bandwidth 三种插件的配置信息。
calico: Calico CNI 插件的配置信息，包括日志级别、数据存储类型、节点名称、MTU 大小、IPAM 类型、策略类型等。
portmap: Portmap 插件的配置信息，用于配置端口映射。
bandwidth: Bandwidth 插件的配置信息，用于配置带宽控制。

2、DaemonSet 配置

DaemonSet 的配置文件，用于部署 Calico 的Agent 在 Kubernetes 集群中的每个节点上。其中包含了许多关于 Pod 模板、初始化容器等的详细配置信息，以确保 Calico 在 Kubernetes 集群中的每个节点上都能正常运行。

kind: DaemonSet
apiVersion: apps/v1
metadata:name: calico-nodenamespace: kube-systemlabels:k8s-app: calico-node
spec:selector:matchLabels:k8s-app: calico-nodeupdateStrategy:type: RollingUpdaterollingUpdate:maxUnavailable: 1template:metadata:labels:k8s-app: calico-nodespec:nodeSelector:kubernetes.io/os: linuxhostNetwork: truetolerations:# Make sure calico-node gets scheduled on all nodes.- effect: NoScheduleoperator: Exists# Mark the pod as a critical add-on for rescheduling.- key: CriticalAddonsOnlyoperator: Exists- effect: NoExecuteoperator: ExistsserviceAccountName: calico-node# Minimize downtime during a rolling upgrade or deletion; tell Kubernetes to do a "force# deletion": https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/pods/pod/#termination-of-pods.terminationGracePeriodSeconds: 0priorityClassName: system-node-criticalinitContainers:# This container performs upgrade from host-local IPAM to calico-ipam.# It can be deleted if this is a fresh installation, or if you have already# upgraded to use calico-ipam.- name: upgrade-ipamimage: docker.io/calico/cni:v3.25.0imagePullPolicy: IfNotPresentcommand: ["/opt/cni/bin/calico-ipam", "-upgrade"]envFrom:- configMapRef:# Allow KUBERNETES_SERVICE_HOST and KUBERNETES_SERVICE_PORT to be overridden for eBPF mode.name: kubernetes-services-endpointoptional: trueenv:- name: KUBERNETES_NODE_NAMEvalueFrom:fieldRef:fieldPath: spec.nodeName- name: CALICO_NETWORKING_BACKENDvalueFrom:configMapKeyRef:name: calico-configkey: calico_backendvolumeMounts:- mountPath: /var/lib/cni/networksname: host-local-net-dir- mountPath: /host/opt/cni/binname: cni-bin-dirsecurityContext:privileged: true

kind: DaemonSet: 表示这是一个 DaemonSet 资源，DaemonSet 会确保在 Kubernetes 集群的每个节点上都运行一个 Pod 的副本。
apiVersion: apps/v1: 指定了 Kubernetes API 版本。
metadata: 元数据部分，包含了资源的名称、命名空间、标签等信息。
name: calico-node: 资源的名称为 calico-node。
namespace: kube-system: 资源所属的命名空间是 kube-system，这是 Kubernetes 系统组件的命名空间。
labels: 资源的标签，用于标识和选择资源。
spec: 指定了 DaemonSet 的规范，包括 Pod 模板、选择器、更新策略等。
selector: 选择器用于选择将在哪些节点上运行 DaemonSet 控制的 Pod。
matchLabels: 匹配标签，选择具有指定标签的节点。
updateStrategy: 更新策略，定义了在更新 DaemonSet 时采取的策略。
type: RollingUpdate: 采用滚动更新策略，逐步更新每个节点上的 Pod。
rollingUpdate: 指定了滚动更新的相关配置，包括最大不可用 Pod 数量等。
maxUnavailable: 1: 在进行滚动更新时，允许的最大不可用 Pod 数量为 1。
template: Pod 模板，定义了将在每个节点上运行的 Pod 的规范。
metadata: Pod 元数据，包含标签等信息。
spec: Pod 的规范。
nodeSelector: 节点选择器，指定了要将 Pod 调度到哪些节点上。
kubernetes.io/os: linux: 选择操作系统为 Linux 的节点。
hostNetwork: true: 使用主机网络命名空间，允许 Pod 直接使用节点的网络命名空间。
tolerations: 容忍策略，允许在特定情况下将 Pod 调度到不符合标签要求的节点上。
serviceAccountName: calico-node: Pod 使用的服务账号名称。
terminationGracePeriodSeconds: 0: Pod 终止的优雅期限为 0 秒，表示立即终止。
priorityClassName: system-node-critical: 指定 Pod 的优先级类别，这里是系统关键节点的优先级类别。
initContainers: 初始化容器，用于在主容器启动之前执行一些操作。
upgrade-ipam: 升级 IP 地址管理器 (IPAM) 的初始化容器。
image: 使用的容器镜像。
command: 容器执行的命令。
envFrom: 从配置映射中获取环境变量。
env: 定义环境变量。
volumeMounts: 挂载的卷。
securityContext: 安全上下文，指定容器是否具有特权等。

5、calico-kube-controllers 解析

calico-kube-controllers 是 Calico 架构中的一个重要组件，它与 Calico Agent 和 Calico CNI 等其他组件协同工作，确保 Kubernetes 集群中的网络策略能够得到正确地应用和执行。

通常会随着 Calico CNI 插件一起部署在 Kubernetes 集群中。在典型的 Calico 安装中，calico-kube-controllers 会作为一个 Kubernetes Pod 部署在 kube-system 命名空间中。

可以通过以下命令来检查是否已经部署了 calico-kube-controllers：

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=calico-kube-controllers
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
calico-kube-controllers-64cc74d646-6dbwb   1/1     Running   0          45m
[root@k8s-master ~]# 

calico-kube-controllers 是 Calico 项目的一部分，它是一个 Kubernetes 控制器，用于管理 Calico 网络策略和其他相关资源。该控制器负责监视 Kubernetes 集群中的网络策略对象，并确保 Calico 网络策略与这些 Kubernetes 网络策略保持同步。

具体来说，calico-kube-controllers 主要执行以下任务：

1、同步网络策略: 将 Kubernetes 中定义的网络策略同步到 Calico 中，确保网络策略在整个集群中得到正确地应用和执行。

2、管理全局网络策略: Calico 支持全局网络策略，这些策略会应用到整个 Calico 网络中的所有 Pod。calico-kube-controllers 负责管理这些全局网络策略的创建、更新和删除。

3、处理策略引用: 当 Kubernetes 对象（如 Service、Ingress 等）引用了网络策略时，calico-kube-controllers 会相应地更新 Calico 中的策略状态，以确保正确的网络策略被应用。

4、监视资源对象: 监视 Kubernetes 中的资源对象的变化，如网络策略、Service 等，并根据变化更新 Calico 中相应的配置和状态。

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