Docker網絡解決方案-Flannel部署記錄
阿新 • • 發佈：2018-02-06
覆蓋 ssl oca wall stop 簡單的 eth0 location http Docker跨主機容器間網絡通信實現的工具有Pipework、Flannel、Weave、Open vSwitch（虛擬交換機）、Calico實現跨主機容器間的通信。其中Pipework、Weave、Flannel，三者的區別是：
Weave的思路
在每個宿主機上布置一個特殊的route的容器，不同宿主機的route容器連接起來。 route攔截所有普通容器的ip請求，並通過udp包發送到其他宿主機上的普通容器。 這樣在跨機的多個容器端看到的就是同一個扁平網絡。 weave解決了網絡問題，不過部署依然是單機的。
Flannel的思路
Flannel是CoreOS團隊針對Kubernetes設計的一個網絡規劃服務，簡單來說，它的功能是讓集群中的不同節點主機創建的Docker容器都具有全集群唯一的虛擬IP地址。但在默認的Docker配置中， 每個節點上的Docker服務會分別負責所在節點容器的IP分配。這樣導致的一個問題是，不同節點上容器可能獲得相同的內外IP地址。並使這些容器之間能夠之間通過IP地址相互找到，也就是相 互ping通。 Flannel的設計目的就是為集群中的所有節點重新規劃IP地址的使用規則，從而使得不同節點上的容器能夠獲得"同屬一個內網"且"不重復的"IP地址，並讓屬於不同節點上的容器能夠直接通過內網IP通信。 Flannel實質上是一種"覆蓋網絡(overlay network)"，即表示運行在一個網上的網（應用層網絡），並不依靠ip地址來傳遞消息，而是采用一種映射機制，把ip地址和identifiers做映射來資源定位。也就 是將TCP數據包裝在另一種網絡包裏面進行路由轉發和通信，目前已經支持UDP、VxLAN、AWS VPC和GCE路由等數據轉發方式。 原理是每個主機配置一個ip段和子網個數。例如，可以配置一個覆蓋網絡使用 10.100.0.0/16段，每個主機/24個子網。因此主機a可以接受10.100.5.0/24，主機B可以接受10.100.18.0/24的包。flannel使用etcd來維護分配的子網到實際的ip地址之間的映射。對於數據路徑，flannel 使用udp來封裝ip數據報，轉發到遠程主機。選擇UDP作為轉發協議是因為他能穿透防火墻。例如，AWS Classic無法轉發IPoIP or GRE 網絡包，是因為它的安全組僅僅支持TCP/UDP/ICMP。 flannel 使用etcd存儲配置數據和子網分配信息。flannel 啟動之後，後臺進程首先檢索配置和正在使用的子網列表，然後選擇一個可用的子網，然後嘗試去註冊它。 etcd也存儲這個每個主機對應的ip。flannel 使用etcd的watch機制監視/coreos.com/network/subnets下面所有元素的變化信息，並且根據他來維護一個路由表。為了提高性能，flannel優化了Universal TAP/TUN設備，對TUN和UDP之間的ip分片做了代理。
默認的節點間數據通信方式是UDP轉發.在Flannel的GitHub頁面有如下的一張原理圖：
對上圖的簡單解釋：
1）數據從源容器中發出後，經由所在主機的docker0虛擬網卡轉發到flannel0虛擬網卡，這是個P2P的虛擬網卡，flanneld服務監聽在網卡的另外一端。 2）Flannel通過Etcd服務維護了一張節點間的路由表，在稍後的配置部分我們會介紹其中的內容。 3）源主機的flanneld服務將原本的數據內容UDP封裝後根據自己的路由表投遞給目的節點的flanneld服務，數據到達以後被解包，然後直接進入目的節點的flannel0虛擬網卡， 然後被轉發到目的主機的docker0虛擬網卡，最後就像本機容器通信一下的有docker0路由到達目標容器。 這樣整個數據包的傳遞就完成了，這裏需要解釋三個問題： 1）UDP封裝是怎麽回事？ 在UDP的數據內容部分其實是另一個ICMP（也就是ping命令）的數據包。原始數據是在起始節點的Flannel服務上進行UDP封裝的，投遞到目的節點後就被另一端的Flannel服務 還原成了原始的數據包，兩邊的Docker服務都感覺不到這個過程的存在。 2）為什麽每個節點上的Docker會使用不同的IP地址段？ 這個事情看起來很詭異，但真相十分簡單。其實只是單純的因為Flannel通過Etcd分配了每個節點可用的IP地址段後，偷偷的修改了Docker的啟動參數。 在運行了Flannel服務的節點上可以查看到Docker服務進程運行參數（ps aux|grep docker|grep "bip"），例如“--bip=182.48.25.1/24”這個參數，它限制了所在節 點容器獲得的IP範圍。這個IP範圍是由Flannel自動分配的，由Flannel通過保存在Etcd服務中的記錄確保它們不會重復。 3）為什麽在發送節點上的數據會從docker0路由到flannel0虛擬網卡，在目的節點會從flannel0路由到docker0虛擬網卡？ 例如現在有一個數據包要從IP為172.17.18.2的容器發到IP為172.17.46.2的容器。根據數據發送節點的路由表，它只與172.17.0.0/16匹配這條記錄匹配，因此數據從docker0 出來以後就被投遞到了flannel0。同理在目標節點，由於投遞的地址是一個容器，因此目的地址一定會落在docker0對於的172.17.46.0/24這個記錄上，自然的被投遞到了docker0網卡。
Pipework的思路
pipework是一個單機的工具，組合了brctl等工具，可以認為pipework解決的是宿主機上的設置容器的虛擬網卡、網橋、ip等，可以配合其他網絡使用。詳情可參考：Docker網絡詳解及pipework源碼解讀與實踐 如果容器數量不多，想簡單的組一個大的3層網絡，可以考慮weave 如果容器數量很多，而且你們的環境復雜,需要多個子網，可以考慮open vswitch或者fannel weave的總體網絡性能表現欠佳， flannel VXLAN 能滿足要求，一般推薦用flannel
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Flannel環境部署記錄
1）機器環境（CentOS7系統）
10.10.172.201 部署etcd，flannel，docker 主機名：node1 主控端（通過etcd） 10.10.172.202 部署flannel，docker 主機名：node2 被控端
2）node1（10.10.172.201）機器操作
設置主機名及綁定hosts
[root@node1 ~]# hostnamectl --static set-hostname node1
[root@node1 ~]# vim /etc/hosts
10.10.172.201 node1
10.10.172.201 etcd
10.10.172.202 node2
關閉防火墻，如果開啟防火墻，則最好打開2379和4001端口
[root@node1 ~]# systemctl disable firewalld.service
[root@node1 ~]# systemctl stop firewalld.service
先安裝docker環境
[root@node1 ~]# yum install docker -y
安裝etcd
k8s運行依賴etcd，需要先部署etcd，下面采用yum方式安裝：
[root@node1 ~]# yum install etcd -y
yum安裝的etcd默認配置文件在/etc/etcd/etcd.conf，編輯配置文件：
[root@node1 ~]# cp /etc/etcd/etcd.conf /etc/etcd/etcd.conf.bak
[root@node1 ~]# cat /etc/etcd/etcd.conf
#[member]
ETCD_NAME=master #節點名稱
ETCD_DATA_DIR="/var/lib/etcd/default.etcd" #數據存放位置
#ETCD_WAL_DIR=""
#ETCD_SNAPSHOT_COUNT="10000"
#ETCD_HEARTBEAT_INTERVAL="100"
#ETCD_ELECTION_TIMEOUT="1000"
#ETCD_LISTEN_PEER_URLS="http://0.0.0.0:2380"
ETCD_LISTEN_CLIENT_URLS="http://0.0.0.0:2379,http://0.0.0.0:4001" #監聽客戶端地址
#ETCD_MAX_SNAPSHOTS="5"
#ETCD_MAX_WALS="5"
#ETCD_CORS=""
#
#[cluster]
#ETCD_INITIAL_ADVERTISE_PEER_URLS="http://localhost:2380"
# if you use different ETCD_NAME (e.g. test), set ETCD_INITIAL_CLUSTER value for this name, i.e. "test=http://..."
#ETCD_INITIAL_CLUSTER="default=http://localhost:2380"
#ETCD_INITIAL_CLUSTER_STATE="new"
#ETCD_INITIAL_CLUSTER_TOKEN="etcd-cluster"
ETCD_ADVERTISE_CLIENT_URLS="http://etcd:2379,http://etcd:4001" #通知客戶端地址
#ETCD_DISCOVERY=""
#ETCD_DISCOVERY_SRV=""
#ETCD_DISCOVERY_FALLBACK="proxy"
#ETCD_DISCOVERY_PROXY=""
啟動etcd並驗證狀態
[root@node1 ~]# systemctl start etcd
[root@node1 ~]# systemctl enable etcd
[root@node1 ~]# ps -ef|grep etcd
etcd 15148 1 0 13:10 ? 00:00:00 /usr/bin/etcd --name=master #節點名稱 --data-dir=/var/lib/etcd/default.etcd#數據存放位置 --listen-client-urls=http://0.0.0.0:2379,http://0.0.0.0:4001#?聽客戶端地址
root 15506 15419 0 13:11 pts/0 00:00:00 grep --color=auto etcd
[root@node1 ~]# lsof -i:2379
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
etcd 15148 etcd 6u IPv6 48911 0t0 TCP *:2379 (LISTEN)
etcd 15148 etcd 11u IPv4 48055 0t0 TCP localhost:44959->localhost:2379 (ESTABLISHED)
etcd 15148 etcd 15u IPv6 48061 0t0 TCP localhost:2379->localhost:44959 (ESTABLISHED)
[root@node1 ~]# etcdctl set testdir/testkey0 0
0
[root@node1 ~]# etcdctl get testdir/testkey0
0
[root@node1 ~]# etcdctl -C http://etcd:4001 cluster-health
member 8e9e05c52164694d is healthy: got healthy result from http://etcd:2379
cluster is healthy
[root@node1 ~]# etcdctl -C http://etcd:2379 cluster-health
member 8e9e05c52164694d is healthy: got healthy result from http://etcd:2379
cluster is healthy
安裝覆蓋網絡Flannel
[root@node1 ~]# yum install flannel -y
配置Flannel
[root@node1 ~]# cp /etc/sysconfig/flanneld /etc/sysconfig/flanneld.bak
[root@node1 ~]# vim /etc/sysconfig/flanneld
# Flanneld configuration options
# etcd url location. Point this to the server where etcd runs
FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS="http://etcd:2379"
# etcd config key. This is the configuration key that flannel queries
# For address range assignment
FLANNEL_ETCD_PREFIX="/atomic.io/network"
# Any additional options that you want to pass
#FLANNEL_OPTIONS=""
配置etcd中關於flannel的key（這個只在安裝了etcd的機器上操作）
Flannel使用Etcd進行配置，來保證多個Flannel實例之間的配置一致性，所以需要在etcd上進行如下配置（'/atomic.io/network/config'這個key與上文/etc/sysconfig/flannel中的配置項FLANNEL_ETCD_PREFIX是相對應的，錯誤的話啟動就會出錯）：
[root@node1 ~]# etcdctl mk /atomic.io/network/config '{ "Network": "10.10.0.0/16" }'
{ "Network": "10.10.0.0/16" }
溫馨提示：上面flannel設置的ip網段可以任意設定，隨便設定一個網段都可以。容器的ip就是根據這個網段進行自動分配的，ip分配後，容器一般是可以對外聯網的（網橋模式，只要宿主機能上網就可以）
啟動Flannel
[root@node1 ~]# systemctl enable flanneld.service
[root@node1 ~]# systemctl start flanneld.service
[root@node1 ~]# ps -ef|grep flannel
root 15730 1 0 13:16 ? 00:00:00 /usr/bin/flanneld -etcd-endpoints=http://etcd:2379 -etcd-prefix=/atomic.io/network
root 15873 15419 0 13:16 pts/0 00:00:00 grep --color=auto flannel
啟動Flannel後，一定要記得重啟docker，這樣Flannel配置分配的ip才能生效，即docker0虛擬網卡的ip會變成上面flannel設定的ip段
[root@node1 ~]# systemctl restart docker
[root@node1 ~]# systemctl enable docker3）node2（10.10.172.202）機器操作
設置主機名及綁定hosts [root@node2 ~]# hostnamectl --static set-hostname node2 [root@node2 ~]# vim /etc/hosts 10.10.172.201 node1 10.10.172.201 etcd 10.10.172.202 node2 關閉防火墻，如果開啟防火墻，則最好打開2379和4001端口 [root@node2 ~]# systemctl disable firewalld.service [root@node2 ~]# systemctl stop firewalld.service 先安裝docker環境 [root@node2 ~]# yum install docker -y 安裝覆蓋網絡Flannel [root@node2 ~]# yum install flannel -y 配置Flannel [root@node2 ~]# cp /etc/sysconfig/flanneld /etc/sysconfig/flanneld.bak [root@node2 ~]# vim /etc/sysconfig/flanneld # Flanneld configuration options # etcd url location. Point this to the server where etcd runs FLANNEL_ETCD_ENDPOINTS="http://etcd:2379" # etcd config key. This is the configuration key that flannel queries # For address range assignment FLANNEL_ETCD_PREFIX="/atomic.io/network" # Any additional options that you want to pass #FLANNEL_OPTIONS="" 啟動Flannel [root@node2 ~]# systemctl enable flanneld.service [root@node2 ~]# systemctl start flanneld.service [root@node2 ~]# ps -ef|grep flannel root 31765 1 0 13:20 ? 00:00:00 /usr/bin/flanneld -etcd-endpoints=http://etcd:2379 -etcd-prefix=/atomic.io/network root 31814 31576 0 13:20 pts/0 00:00:00 grep --color=auto flannel 啟動Flannel後，一定要記得重啟docker，這樣Flannel配置分配的ip才能生效，即docker0虛擬網卡的ip會變成上面flannel設定的ip段 [root@node2 ~]# systemctl restart docker [root@node2 ~]# systemctl enable docker
4）創建容器，驗證跨主機容器之間的網絡聯通性
首先在node1（10.10.172.201）上容器容器，如下，登陸容器發現已經按照上面flannel配置的分配了一個ip段（每個宿主機都會分配一個182.48.0.0/16的網段）
[root@node1 ~]# docker run -ti -d --name=node1.test docker.io/nginx /bin/bash
2dea24b1562f3d4dc89cde3fa00c707276edcfba1c8f3b0ab4c62e075e63de2f
[root@node1 ~]# docker exec -ti node1.test /bin/bash
root@2dea24b1562f:/# apt-get update && apt-get install iproute iputils-ping -y
root@2dea24b1562f:/# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
7: eth0@if8: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1472 qdisc noqueue state UP group default
link/ether 02:42:0a:0a:5c:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet 10.10.92.2/24 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::42:aff:fe0a:5c02/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
接著在node2（10.10.172.202）上容器容器
[root@node2 ~]# docker run -ti -d --name=node2.test docker.io/nginx /bin/bash
374417e9ce5bcd11222d8138e684707c00ca8a4b7a16243ac5cfb1a8bd19ee6e
[root@node2 ~]# docker exec -ti node2.test /bin/bash
root@374417e9ce5b:/# cat /etc/debian_version
9.3
root@374417e9ce5b:/# apt-get update && apt-get install iproute iputils-ping -y
root@374417e9ce5b:/# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
469: eth0@if470: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1472 qdisc noqueue state UP group default
link/ether 02:42:0a:0a:1d:02 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
inet 10.10.29.2/24 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::42:aff:fe0a:1d02/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
root@374417e9ce5b:/# ping 10.10.92.2
PING 10.10.92.2 (10.10.92.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.10.92.2: icmp_seq=1 ttl=60 time=0.657 ms
64 bytes from 10.10.92.2: icmp_seq=2 ttl=60 time=0.487 ms
.......
root@374417e9ce5b:/# ping www.baidu.com
PING www.a.shifen.com (115.239.210.27) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 115.239.210.27 (115.239.210.27): icmp_seq=1 ttl=48 time=11.7 ms
64 bytes from 115.239.210.27 (115.239.210.27): icmp_seq=2 ttl=48 time=12.4 ms
.......
發現，在兩個宿主機的容器內，互相ping對方容器的ip，是可以ping通的！也可以直接連接外網（橋接模式）
查看兩臺宿主機的網卡信息，發現docker0虛擬網卡的ip（相當於容器的網關）也已經變成了flannel配置的ip段，並且多了flannel0的虛擬網卡信息
[root@node1 ~]# ifconfig
docker0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1472
inet 10.10.92.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 0.0.0.0
inet6 fe80::42:ebff:fe16:438d prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 02:42:eb:16:43:8d txqueuelen 0 (Ethernet)
RX packets 5944 bytes 337155 (329.2 KiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 6854 bytes 12310552 (11.7 MiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
eno16777984: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 10.10.172.201 netmask 255.255.255.0 broadcast 10.10.172.255
inet6 fe80::250:56ff:fe86:2135 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:50:56:86:21:35 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 98110 bytes 134147911 (127.9 MiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 60177 bytes 5038428 (4.8 MiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
flannel0: flags=4305<UP,POINTOPOINT,RUNNING,NOARP,MULTICAST> mtu 1472
inet 10.10.92.0 netmask 255.255.0.0 destination 10.10.92.0
unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00 txqueuelen 500 (UNSPEC)
RX packets 2 bytes 168 (168.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 2 bytes 168 (168.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
.......
通過下面命令，可以查看到本機的容器的ip所在的範圍
[root@node1 ~]# ps aux|grep docker|grep "bip"
root 16589 0.3 1.3 734912 27840 ? Ssl 13:23 0:04 /usr/bin/dockerd-current --add-runtime docker-runc=/usr/libexec/docker/docker-runc-current --default-runtime=docker-runc --exec-opt native.cgroupdriver=systemd --userland-proxy-path=/usr/libexec/docker/docker-proxy-current --selinux-enabled --log-driver=journald --signature-verification=false --bip=10.10.92.1/24 --ip-masq=true --mtu=1472
這裏面的“--bip=10.10.92.1/24”這個參數，它限制了所在節點容器獲得的IP範圍。
這個IP範圍是由Flannel自動分配的，由Flannel通過保存在Etcd服務中的記錄確保它們不會重復。
[root@node2 ~]# ifconfig
docker0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1472
inet 10.10.29.1 netmask 255.255.255.0 broadcast 0.0.0.0
inet6 fe80::42:42ff:fe21:d694 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 02:42:42:21:d6:94 txqueuelen 0 (Ethernet)
RX packets 644697 bytes 41398904 (39.4 MiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 675608 bytes 1683878582 (1.5 GiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 10.10.172.202 netmask 255.255.255.0 broadcast 10.10.172.255
inet6 fe80::250:56ff:fe86:6833 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:50:56:86:68:33 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 2552698 bytes 2441204870 (2.2 GiB)
RX errors 0 dropped 104 overruns 0 frame 0
TX packets 1407162 bytes 3205869301 (2.9 GiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
flannel0: flags=4305<UP,POINTOPOINT,RUNNING,NOARP,MULTICAST> mtu 1472
inet 10.10.29.0 netmask 255.255.0.0 destination 10.10.29.0
unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00 txqueuelen 500 (UNSPEC)
RX packets 2 bytes 168 (168.0 B)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 2 bytes 168 (168.0 B)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
.......
[root@node2 ~]# ps aux|grep docker|grep "bip"
root 31925 0.3 1.7 747404 35864 ? Ssl 13:21 0:05 /usr/bin/dockerd-current --add-runtime docker-runc=/usr/libexec/docker/docker-runc-current --default-runtime=docker-runc --exec-opt native.cgroupdriver=systemd --userland-proxy-path=/usr/libexec/docker/docker-proxy-current --selinux-enabled --log-driver=journald --signature-verification=false --bip=10.10.29.1/24 --ip-masq=true --mtu=1472 Docker網絡解決方案-Flannel部署記錄