docker Flannel实现跨宿主主机容器互联

zhouu

　　一、简介
　　Flannel是CoreOS团队针对Kubernetes设计的一个网络规划服务，简单来说，它的功能是让集群中的不同节点主机创建的Docker容器都具有全集群唯一的虚拟IP地址。
　　Flannel的设计目的就是为集群中的所有节点重新规划IP地址的使用规则，从而使得不同节点上的容器能够获得“同属一个内网”且”不重复的”IP地址，并让属于不同节点上的容器能够直接通过内网IP通信。
　　二、Flannel的工作原理
　　Flannel实质上是一种“覆盖网络(overlay network)”，也就是将TCP数据包装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前已经支持UDP、VxLAN、AWS VPC和GCE路由等数据转发方式。
　　默认的节点间数据通信方式是UDP转发，在Flannel的GitHub页面有如下的一张原理图：

　　对上图的简单解释：
　　1）数据从源容器中发出后，经由所在主机的docker0虚拟网卡转发到flannel0虚拟网卡，这是个P2P的虚拟网卡，flanneld服务监听在网卡的另外一端。
　　2）Flannel通过Etcd服务维护了一张节点间的路由表，在稍后的配置部分我们会介绍其中的内容。
　　3）源主机的flanneld服务将原本的数据内容UDP封装后根据自己的路由表投递给目的节点的flanneld服务，数据到达以后被解包，然后直接进入目的节点的flannel0虚拟网卡，
　　然后被转发到目的主机的docker0虚拟网卡，最后就像本机容器通信一下的有docker0路由到达目标容器。
　　这样整个数据包的传递就完成了，这里需要解释三个问题：
　　1）UDP封装是怎么回事？
　　在UDP的数据内容部分其实是另一个ICMP（也就是ping命令）的数据包。原始数据是在起始节点的Flannel服务上进行UDP封装的，投递到目的节点后就被另一端的Flannel服务
　　还原成了原始的数据包，两边的Docker服务都感觉不到这个过程的存在。
　　2）为什么每个节点上的Docker会使用不同的IP地址段？
　　这个事情看起来很诡异，但真相十分简单。其实只是单纯的因为Flannel通过Etcd分配了每个节点可用的IP地址段后，偷偷的修改了Docker的启动参数。
　　在运行了Flannel服务的节点上可以查看到Docker服务进程运行参数（ps aux|grep docker|grep "bip"），例如“--bip=182.48.56.1/24”这个参数，它限制了所在节
　　点容器获得的IP范围。这个IP范围是由Flannel自动分配的，由Flannel通过保存在Etcd服务中的记录确保它们不会重复。
　　3）为什么在发送节点上的数据会从docker0路由到flannel0虚拟网卡，在目的节点会从flannel0路由到docker0虚拟网卡？
　　例如现在有一个数据包要从IP为172.17.18.2的容器发到IP为172.17.46.2的容器。根据数据发送节点的路由表，它只与172.17.0.0/16匹配这条记录匹配，因此数据从docker0出来以后就被投递到了flannel0。同理在目标节点，由于投递的地址是一个容器，因此目的地址一定会落在docker0对于的172.17.46.0/24这个记录上，自然的被投递到了docker0网卡。
　　三、搭建服务
　　1、环境准备（相同配置）
　　1）系统环境

主机名	系统	宿主IP	服务
master	CentOS7.4	192.168.56.128	主控端（采用etcd）
slave1	CentOS7.4	192.168.56.130	被控端

　　2）建议暂时关闭防火墙，测试完毕再开启防火墙和相关端口
　　3）设置主机名及绑定hosts
　　# vim /etc/hosts
　　192.168.56.128 master
　　192.168.56.128 etcd
　　192.168.56.130 slave1
　　3）安装docker（再次省略）
　　2、在master节点配置
　　2.1、安装etcd服务
　　1）yum安装
　　# yum install etcd -y
　　2）修改etcd配置文件
　　# cp /etc/etcd/etcd.conf /etc/etcd/etcd.conf_bak

　　3）启动服务
　　[root@master ~]# systemctl start etcd.service
　　[root@master ~]# systemctl enable etcd.service
　　# netstat -tnlp | grep -E  "4001|2380"
　　# ps -ef | grep etcd

　　4）验证
　　# etcdctl --help

　　# etcdctl set etcdkey "hello"
　　# etcdctl get etcdkey

　　# etcdctl -C http://etcd:4001 cluster-health
　　# etcdctl -C http://etcd:2379 cluster-health

　　2.2、安装Flannel服务
　　1）yum安装flannel
　　# yum install flannel -y
　　2）配置flannel文件
　　# cp /etc/sysconfig/flanneld /etc/sysconfig/flanneld_bak
　　# vim /etc/sysconfig/flanneld

　　3）配置etcd中关于flannel的key（只能在etcd节点上操作）
　　Flannel使用Etcd进行配置，来保证多个Flannel实例之间的配置一致性，所以需要在etcd上进行如下配置（'/atomic.io/network/config'这个key与上面的/etc/sysconfig/flannel中的配置项FLANNEL_ETCD_PREFIX是相对应的，错误的话启动就会出错）：
　　# etcdctl mk /atomic.io/network/config '{ "Network": "172.18.0.0/16" }'

　　备注：该ip网段可以任意设定，随便设定一个网段都可以。容器的ip就是根据这个网段进行自动分配的，ip分配后，容器一般是可以对外联网的（网桥模式，只要宿主机能上网就可以）
　　4）启动服务
　　[root@master ~]# systemctl start flanneld.service
　　[root@master ~]# systemctl enable flanneld.service

　　重启docker
　　# systemctl restart docker

　　3、在slave1节点配置
　　3.1、安装Flannel服务
　　1）yum安装flannel
　　# yum install flannel -y
　　2）配置flannel文件
　　# cp /etc/sysconfig/flanneld /etc/sysconfig/flanneld_bak
　　# vim /etc/sysconfig/flanneld

　　3）启动服务
　　[root@slave1 ~]# systemctl start flanneld.service
　　[root@slave1 ~]# systemctl enable flanneld.service

　　重启docker，获取分配的ip段

　　4、创建容器，测试网络互联
　　4.1、查看master容器获取的ip
　　172.18.23.0/24网段

　　4.2、查看slave1容器获取的ip
　　172.18.7.0/24网段

　　容器之间相互访问

　　5、查看宿主获取的IP段
　　# ps aux|grep docker|grep "bip"

　　“--bip=172.18.23.1/24”这个参数，它限制了所在节点容器获得的IP范围。 该IP范围是由Flannel自动分配的，由Flannel通过保存在Etcd服务中的记录确保它们不会重复。