k8s 多网卡方案之multus用法
开源Linux
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2023-11-10 10:18
一、multus cni 出现的背景
在k8s的环境中启动一个容器，默认情况下只存在两个虚拟网络接口（loopback 和 eth0）， loopback 的流量始终都会在本容器内或本机循环，对业务起到支撑作用的是 eth0，能够满足大部分的业务场景。
但是当一个应用或服务既需要对外提供 API 调用服务，也需要满足自身基于分布式特性产生的数据同步（一些业务场景的控制面和数据面的分离场景），那么这时候一张网卡的性能显然很难达到生产级别的要求，网络流量延时、阻塞便成为此应用的一项瓶颈。
为了实现生产环境的实际需求，出现了许多容器多网络方案。根据开源社区活跃度、是否实现 CNI 规范以及稳定性，大部分场景使用 multus-cni 作为在 K8s 环境下的容器多网络方案。
二、multus cni 介绍
Multus CNI 是一种符合CNI规范的开源插件，为实现 K8s环境下容器多网卡而提出的解决方案并与其他 CNI 插件搭配使用。Multus CNI 本身不提供网络配置功能，它是通过用其他满足 CNI 规范的插件进行容器的网络配置。
如下图所示，当集群环境存在 Multus CNI 插件并添加额外配置后，将会发现此容器内不再仅有 eth0 接口
CNI 是一组限于容器网络面的规范，定义了容器网络资源创建、管理的规则。其自身实现并提供了内置且通用的网络插件，同时为第三方实现其规范预留了扩展。
cni类型如下：
类型作用及插件
Main 负责容器接口（网桥、虚拟网卡）的创建 bridge、ipvlan、macvlan、ptp等
Ipam pod Ip地址的分配管理 host-local、dhcp、calico-ipam、static等
Meta 用于和第三方插件适配扩展应用或则内核参数调整 tuning、bandwidth、portmap等
以上可以得知，Multus CNI 属于 Meta 类, 它可以与其他第三方插件适配，主插件来作为 Pod 的主网络并且被 K8s所感知，它们可以搭配使用且不冲突。
Main 插件是用于在集群中创建额外的网络：
1：bridge：创建基于网桥的额外网络可让同一主机中的 Pod 相互通信，并与主机通信。2：host-device：创建 host-device 额外网络可让 Pod 访问主机系统上的物理以太网网络设备。3：macvlan：创建基于 macvlan 的额外网络可让主机上的 Pod 通过使用物理网络接口与其他主机和那些主机上的 Pod 通信。附加到基于 macvlan 的额外网络的每个 Pod 都会获得一个唯一的 MAC 地址。4：ipvlan：创建基于 ipvlan 的额外网络可让主机上的 Pod 与其他主机和那些主机上的 Pod 通信，这类似于基于 macvlan 的额外网络。与基于 macvlan 的额外网络不同，每个 Pod 共享与父级物理网络接口相同的 MAC 地址。5：SR-IOV：创建基于 SR-IOV 的额外网络可让 Pod 附加到主机系统上支持 SR-IOV 的硬件的虚拟功能 (VF) 接口。###############################################################Ipam（IP Address Management）插件主要用来负责分配 IP 地址：1：dhcp插件，节点上需要有 DHCP server；2：host-local插件 ，是给定子网范围，在单个几点上基于这个子网进行 ip 地址分配；3：static插件，静态地址管理，直接指定 ip 地址使用的。4：calico-ipam ，是 clalico cni 自己的 ip 地址分配插件，是一种集中式 ip 分配插件；5：whereabouts ，也是一个集中式 ip 分配插件，用的比较少，使用了 sriov 设备才用到的，这个是 k8snetworkplumbingwg 社区开源的。###########################################Meta 插件：由 CNI 社区维护的内部插件1：flannel，这就是专门为 Flannel 项目提供的 CNI 插件；2：tunning，是一个通过 sysctl 调整网络设备参数的二进制文件；3：portmap ，是一个通过 iptables 配置端口映射的二进制文件；4：bandwidth ，是一个使用 Token Bucket Filter（TBF）来进行限流的二进制文件；5：calico，是专门为 Calico 项目提供的 CNI 插件。
三、multus cni 部署
本次测试环境中使用的主cni为calico,网络模式是ipip模式，如下：
[root@node1 ~]# kubectl get po -A | grep calicokube-system calico-kube-controllers-75c594996d-x49mw 1/1 Running 5 (13d ago) 206dkube-system calico-node-htq5b 1/1 Running 1 (13d ago) 206dkube-system calico-node-x6xwl 1/1 Running 1 (13d ago) 206dkube-system calico-node-xdx46 1/1 Running 1 (13d ago) 206d#######查看IPIPMODE为Always[root@node1 ~]# calicoctl get ippool -o wideNAME CIDR NAT IPIPMODE VXLANMODE DISABLED DISABLEBGPEXPORT SELECTORdefault-ipv4-ippool 10.233.64.0/18 true Always Never false false all()
下载multus cni文件部署multus 服务
1: 克隆文件git clone https://github.com/k8snetworkplumbingwg/multus-cni.git && cd multus-cni/deployments2：部署服务[]customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/network-attachment-definitions.k8s.cni.cncf.io changedclusterrole.rbac.authorization.k8s.io/multus changedclusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/multus changedserviceaccount/multus changedconfigmap/multus-daemon-config changeddaemonset.apps/kube-multus-ds created[]3:查看multus服务是否正常[]kube-multus-ds 3 3 3 3 3 <none> 44s[][]kube-multus-ds-fqdxg 1/1 Running 0 53s 192.168.5.126 node2 <none> <none>kube-multus-ds-gx2c7 1/1 Running 0 53s 192.168.5.27 node3 <none> <none>kube-multus-ds-z2j4n 1/1 Running 0 53s 192.168.5.79 node1 <none> <none>[]
multus cni作为ds 进程，会在每个节点做已下操作
1：在每个节点运行multus-daemon进程[root@node1 net.d]# ps -ef | grep multusroot 25811 25696 0 18:33 ? 00:00:00 /usr/src/multus-cni/bin/multus-daemonroot 31445 14072 0 18:43 pts/0 00:00:00 grep --color=auto multus[root@node1 net.d]##################################2：在每个节点的/opt/cni/bin/上生成一个 Multus 二进制可执行文件。可执行文件的作用是配置 Pod 的网络栈，DaemonSet 的作用是实现网络互通。[root@node1 net.d]# ll /opt/cni/bin/ | grep multus-rwxr-xr-x 1 root root 45946850 Nov 1 18:33 multus-shim[root@node1 net.d]#注意：一个 Network Namespace 的网络栈包括：网卡（Network interface）、回环设备（Loopback Device）、路由表（Routing Table）和 iptables 规则。##########################3：在每个节点的/etc/cni/net.d目录下生成00-multus.conf，如下：[root@node1 net.d]# cat 00-multus.conf | jq .{"capabilities": {"bandwidth": true,"portMappings": true},"cniVersion": "0.3.1","logLevel": "verbose","logToStderr": true,"name": "multus-cni-network","clusterNetwork": "/host/etc/cni/net.d/10-calico.conflist", ##从此文件读取集群calico网络配置（版本不一样，文件内容可能会有差异，以自己环境为准）"type": "multus-shim"}
至此multus cni的部署已经完成，接下来需要测试使用，网上的一些教程使用的大部分是macvlan的形式，比较简单。本次我们打算使用calico和flannel两种cni相结合的方式来实现pod 的多网卡方案。
四、环境信息
已有环境的信息如下：
calico网络作为master plugin，走eth0网卡；flannel网络作为attachment网络，走eth1网卡
主机 eth0 eth1node1 192.168.5.79 192.168.10.11node2 192.168.5.126 192.168.10.12node3 192.168.5.27 192.168.10.13
每个节点使用eth0作为默认路由[root@node1 ~]# route -nKernel IP routing tableDestination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface0.0.0.0 192.168.5.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth010.233.90.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 *10.233.90.1 0.0.0.0 255.255.255.255 UH 0 0 0 cali41f400bfcca10.233.92.0 192.168.5.27 255.255.255.0 UG 0 0 0 tunl010.233.96.0 192.168.5.126 255.255.255.0 UG 0 0 0 tunl0169.254.169.254 192.168.10.2 255.255.255.255 UGH 0 0 0 eth1192.168.5.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0192.168.10.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 eth1
主机网络拓扑如下：
五、flannel部署
下载yaml文件
在主机运行wget下载flannel的yaml 文件[]
修改启动参数
1：此次是calico和flannel网络分离使用不同的网卡，所以要修改flannel网络使用的网卡为eth1
编辑flannel.yaml文件,添加如下内容containers:- name: kube-flannelimage: docker.io/flannel/flannel:v0.22.3command:- /opt/bin/flanneldargs:- --ip-masq- --kube-subnet-mgr- --iface=eth1 ####设置使用网卡为eth1#######################################32：修改网络，避免和现有的calico以及物理网络冲突net-conf.json: |{"Network": "10.233.0.0/16","Backend": {"Type": "vxlan" ###网络模式为vxlan}}
部署flannel
1：部署flannel[root@node1 ~]# kubectl apply -f flannel.yamlnamespace/kube-flannel createdclusterrole.rbac.authorization.k8s.io/flannel createdclusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/flannel createdserviceaccount/flannel createdconfigmap/kube-flannel-cfg createddaemonset.apps/kube-flannel-ds created[root@node1 ~]##################################2：查看pod启动状态[root@node1 ~]# kubectl get po -A -o wide | grep flannelkube-flannel kube-flannel-ds-6tkzg 1/1 Running 0 3m39s 192.168.5.126 node2 <none> <none>kube-flannel kube-flannel-ds-72ccp 1/1 Running 0 5m20s 192.168.5.79 node1 <none> <none>kube-flannel kube-flannel-ds-gvhlc 1/1 Running 0 3m47s 192.168.5.27 node3 <none> <none>[root@node1 ~]############################3:查看flannel的启动日志[root@node1 ~]# kubectl logs kube-flannel-ds-6tkzg -n kube-flannelDefaulted container "kube-flannel" out of: kube-flannel, install-cni-plugin (init), install-cni (init)I1102 03:07:31.013498 1 main.go:212] CLI flags config: {etcdEndpoints:http://127.0.0.1:4001,http://127.0.0.1:2379 etcdPrefix:/coreos.com/network etcdKeyfile: etcdCertfile: etcdCAFile: etcdUsername: etcdPassword: version:false kubeSubnetMgr:true kubeApiUrl: kubeAnnotationPrefix:flannel.alpha.coreos.com kubeConfigFile: iface:[eth1] ifaceRegex:[] ipMasq:true ifaceCanReach: subnetFile:/run/flannel/subnet.env publicIP: publicIPv6: subnetLeaseRenewMargin:60 healthzIP:0.0.0.0 healthzPort:0 iptablesResyncSeconds:5 iptablesForwardRules:true netConfPath:/etc/kube-flannel/net-conf.json setNodeNetworkUnavailable:true useMultiClusterCidr:false}W1102 03:07:31.013748 1 client_config.go:617] Neither --kubeconfig nor --master was specified. Using the inClusterConfig. This might not work.I1102 03:07:31.133998 1 kube.go:145] Waiting 10m0s for node controller to syncI1102 03:07:31.134230 1 kube.go:490] Starting kube subnet managerI1102 03:07:31.145860 1 kube.go:511] Creating the node lease for IPv4. This is the n.Spec.PodCIDRs: [10.233.64.0/24]I1102 03:07:31.146023 1 kube.go:511] Creating the node lease for IPv4. This is the n.Spec.PodCIDRs: [10.233.66.0/24]I1102 03:07:32.134217 1 kube.go:152] Node controller sync successfulI1102 03:07:32.134272 1 main.go:232] Created subnet manager: Kubernetes Subnet Manager - node2I1102 03:07:32.134290 1 main.go:235] Installing signal handlersI1102 03:07:32.134579 1 main.go:543] Found network config - Backend type: vxlanI1102 03:07:32.135308 1 match.go:259] Using interface with name eth1 and address 192.168.10.12I1102 03:07:32.135345 1 match.go:281] Defaulting external address to interface address (192.168.10.12)I1102 03:07:32.135446 1 vxlan.go:141] VXLAN config: VNI=1 Port=0 GBP=false Learning=false DirectRouting=falseW1102 03:07:32.178714 1 main.go:596] no subnet found for key: FLANNEL_SUBNET in file: /run/flannel/subnet.envI1102 03:07:32.178731 1 main.go:482] Current network or subnet (10.233.0.0/16, 10.233.65.0/24) is not equal to previous one (0.0.0.0/0, 0.0.0.0/0), trying to recycle old iptables rulesI1102 03:07:32.181267 1 kube.go:511] Creating the node lease for IPv4. This is the n.Spec.PodCIDRs: [10.233.65.0/24]I1102 03:07:32.229373 1 main.go:357] Setting up masking rulesI1102 03:07:32.232287 1 main.go:408] Changing default FORWARD chain policy to ACCEPTI1102 03:07:32.234353 1 iptables.go:290] generated 7 rulesI1102 03:07:32.236378 1 main.go:436] Wrote subnet file to /run/flannel/subnet.envI1102 03:07:32.236397 1 main.go:440] Running backend.I1102 03:07:32.236791 1 iptables.go:290] generated 3 rulesI1102 03:07:32.236913 1 vxlan_network.go:65] watching for new subnet leases###########################4：确认各个节点flannel插件以及网络正常[root@node1 ~]# ll /opt/cni/bin/ | grep flannel-rwxr-xr-x 1 root root 2414517 Nov 2 11:03 flannel ###会在每个节点生成flannel的二进制文件[root@node1 ~]# cat /var/run/flannel/subnet.env ###每个节点可用网络的CIDRFLANNEL_NETWORK=10.233.0.0/16FLANNEL_SUBNET=10.233.64.1/24FLANNEL_MTU=1450FLANNEL_IPMASQ=true[root@node1 ~]#[root@node1 ~]# ip a ###在每个节点多了一个flannel.1的网桥49: flannel.1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc noqueue state UNKNOWN group defaultlink/ether d2:7e:4a:31:fe:e9 brd ff:ff:ff:ff:ff:ffinet 10.233.64.0/32 scope global flannel.1valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::d07e:4aff:fe31:fee9/64 scope linkvalid_lft forever preferred_lft forever#############################################5：创建NetworkAttachmentDefinition编辑yaml文件内容如下：apiVersion: "k8s.cni.cncf.io/v1"kind: NetworkAttachmentDefinitionmetadata:name: flannelspec:config: '{"cniVersion": "0.3.0","type": "flannel","delegate": {"hairpinMode": true,"isDefaultGateway": false #这里要设为false，否则flannel会在容器里面添加默认路由，走flannel生成的net1网卡；因为calico使用了默认网卡eth0，所以容器里面的默认路由也要走calico生成的容器网卡}}'[root@node1 ~]# kubectl apply -f flannel-nad.yamlnetworkattachmentdefinition.k8s.cni.cncf.io/flannel created[root@node1 ~]#[root@node1 ~]# kubectl get Network-Attachment-Definition -ANAMESPACE NAME AGEdefault flannel 27s
六、修改calico网络使用网卡
因为环境在最初之前已经部署了calico，是按照calico网络默认方式选择的可用的ip地址，因为这次要测试流量分离所以最好要修改下。
calico选择ip的方式有两种1：first-found：第一个接口的第一个有效IP地址，会排除docker网络，localhost。我们环境中有两个网卡，所以要选择一个有效的的网卡2：can-reach=DESTINATION：可以理解为calico会从部署节点路由中获取到达目的ip或者域名的源ip地址
我们检查下目前calico使用的是哪种模式如下：
[]calico-node 3 3 3 3 3 kubernetes.io/os=linux 207d[][]- name: IP_AUTODETECTION_METHODvalue: can-reach=$(NODEIP)[][]IP_AUTODETECTION_METHOD=can-reach=192.168.5.79[]
修改calico使用指定网卡eth0
有以下两种方式1：命令行执行替换变量[]daemonset.apps/calico-node env updated[]calico-kube-controllers-75c594996d-x49mw 1/1 Running 5 (13d ago) 207dcalico-node-749ll 1/1 Running 0 12scalico-node-hbz99 1/1 Running 0 33scalico-node-lgpcj 1/1 Running 0 43s2：编辑daemonset ，如下：[]- name: IP_AUTODETECTION_METHODvalue: interface=eth03：进入pod，查看是否生效[][]IP_AUTODETECTION_METHOD=interface=eth0[][]
七、启动pod测试
1：编辑pod yaml，如下：---apiVersion: v1kind: Podmetadata:name: nginxannotations:k8s.v1.cni.cncf.io/networks: flannelspec:containers:- name: nginximage: docker.io/library/nginx:latestimagePullPolicy: IfNotPresent######################################################2：启动pod，查看状态[root@node1 ~]# kubectl apply -f pod.yamlpod/nginx created[root@node1 ~]# kubectl get po -o wide ###默认显示的还是calico的网络NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATESnginx 1/1 Running 0 8s 172.16.28.2 node3 <none> <none>######################################################3：此pod位于node3节点，ssh到node3，进入pod命名空间查看ip以及路由问题[root@node3 ~]# crictl ps | grep nginxfcfbae2ace1b9 12766a6745eea 4 minutes ago Running nginx 0 0365e4a0f167f nginx[root@node3 ~]# crictl inspect fcfbae2ace1b9 | grep -i pid"pid": 23237,"pid": 1"type": "pid"[root@node3 ~]# nsenter -t 23237 -n bash[root@node3 ~]# ip a1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft foreverinet6 ::1/128 scope hostvalid_lft forever preferred_lft forever2: tunl0@NONE: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000link/ipip 0.0.0.0 brd 0.0.0.04: eth0@if79: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1480 qdisc noqueue state UP group defaultlink/ether ea:25:5b:31:e1:69 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0inet 172.16.28.2/32 scope global eth0valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::e825:5bff:fe31:e169/64 scope linkvalid_lft forever preferred_lft forever6: net1@if81: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc noqueue state UP group defaultlink/ether ea:86:51:86:34:69 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0inet 10.233.66.2/24 brd 10.233.66.255 scope global net1valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::e886:51ff:fe86:3469/64 scope linkvalid_lft forever preferred_lft forevernet1就是使用flannel网络获取到的ip地址################################################################4：查看容器中的路由[root@node3 ~]# route -nKernel IP routing tableDestination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface0.0.0.0 169.254.1.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth010.233.0.0 10.233.66.1 255.255.0.0 UG 0 0 0 net110.233.66.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 0 0 0 net1169.254.1.1 0.0.0.0 255.255.255.255 UH 0 0 0 eth0[root@node3 ~]#以上可以看到默认路由是容器内部的eth0 ，走的物理机网卡的eth0
测试网络是否可通，在容器的宿主机node3上测试两个ip地址都可以通
从其他物理节点测试，calico网络172段的可通，flannel的不可达，因为pod默认路由走的eth0.
在创建一个pod，测试不同主机之间的pod能否互通
[root@node1 ~]# kubectl get po -o wide ###新建nginx2,位于node2节点NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATESnginx 1/1 Running 0 32m 172.16.28.2 node3 <none> <none>nginx2 1/1 Running 0 3m45s 172.16.44.1 node2 <none> <none>
进入nginx2容器，ping nginx容器ip,如下：
[root@node2 ~]# ip a1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00inet 127.0.0.1/8 scope host lovalid_lft forever preferred_lft foreverinet6 ::1/128 scope hostvalid_lft forever preferred_lft forever2: tunl0@NONE: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000link/ipip 0.0.0.0 brd 0.0.0.04: eth0@if85: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1480 qdisc noqueue state UP group defaultlink/ether 56:9b:fe:a4:da:5a brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0inet 172.16.44.1/32 scope global eth0valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::549b:feff:fea4:da5a/64 scope linkvalid_lft forever preferred_lft forever6: net1@if87: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc noqueue state UP group defaultlink/ether a6:41:e5:f8:b1:25 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0inet 10.233.65.2/24 brd 10.233.65.255 scope global net1valid_lft forever preferred_lft foreverinet6 fe80::a441:e5ff:fef8:b125/64 scope linkvalid_lft forever preferred_lft forever[root@node2 ~]# ping 10.233.65.2 ##测试容器本身ipPING 10.233.65.2 (10.233.65.2) 56(84) bytes of data.64 bytes from 10.233.65.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.141 ms^C--- 10.233.65.2 ping statistics ---1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0msrtt min/avg/max/mdev = 0.141/0.141/0.141/0.000 ms[root@node2 ~]# ping 10.233.66.2 ###测试node3节点ip，可通PING 10.233.66.2 (10.233.66.2) 56(84) bytes of data.64 bytes from 10.233.66.2: icmp_seq=1 ttl=62 time=4.77 ms64 bytes from 10.233.66.2: icmp_seq=2 ttl=62 time=1.00 ms^C--- 10.233.66.2 ping statistics ---2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1001msrtt min/avg/max/mdev = 1.001/2.889/4.777/1.888 ms
注意：在该环境中，如果使用networkpolicy，是能对容器的eth0显示，并不能显示net1网卡的流量策略，因为flannel本身不支持networkpolicy功能。
链接：https://blog.csdn.net/weixin_40579389/article/details/134183179?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522169918454816800188578476%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&request_id=169918454816800188578476&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~times_rank-3-134183179-null-null.nonecase&utm_term=k8s&spm=1018.2226.3001.4450
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