Calico如何实现固定ip

Calico 是 Kubernetes 中常用的 CNI（Container Network Interface）插件之一，它通过其 IPAM（IP Address Management，IP 地址管理）功能可以实现 Pod IP 的固定。Calico 固定 Pod IP 的核心机制依赖于其对 IP 地址的分配控制和注解（Annotation）的使用。以下是详细的原理和实现步骤：

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一、Calico 如何管理 Pod IP

Calico 的 IPAM 负责为 Pod 分配 IP 地址，默认情况下，它从预定义的 IP 池（IP Pool）中动态分配 IP。但如果需要固定 Pod IP，可以通过手动指定 IP 地址并结合 Calico 的配置来实现。固定 IP 的过程主要涉及以下几个关键点：

1. IP 池（IP Pool）：
   • Calico 使用 IP 池来定义可分配的 IP 地址范围。
   • 固定 IP 必须属于某个已配置的 IP 池，否则 Calico 会拒绝分配。
2. 注解（Annotation）：
   • 通过在 Pod 的定义中添加特定注解，告诉 Calico 使用用户指定的 IP 地址，而不是自动分配。
3. Calico IPAM：
   • 集群必须使用 Calico 的 IPAM（而非其他 IPAM，如 host-local），才能支持固定 IP 的功能。

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二、固定 Pod IP 的具体步骤

要在 Calico 中固定 Pod 的 IP，需要以下操作：

1. 确认使用 Calico IPAM

• Calico 的固定 IP 功能依赖于其自带的 IPAM 插件（calico-ipam）。你需要确保集群的 CNI 配置使用的是 Calico IPAM。
• 检查方法：
  • 查看 CNI 配置文件（通常在 /etc/cni/net.d/ 下，例如 10-calico.conflist），确认 ipam 段落的 type 为 "calico-ipam"。
  • 示例

{
  "name": "calico-k8s-network",
  "cniVersion": "0.3.1",
  "plugins": [
    {
      "type": "calico",
      "ipam": {
        "type": "calico-ipam"
      }
    }
  ]
}

如果使用其他 IPAM（如 host-local），固定 IP 功能不可用。

2. 配置 IP 池

• 确保集群中有一个 IP 池，包含你想分配的固定 IP 地址范围。
• 默认情况下，Calico 在安装时会创建一个 IP 池（例如 192.168.0.0/16），但你也可以手动定义。
• 示例（使用 calicoctl 创建 IP 池）：

apiVersion: projectcalico.org/v3
kind: IPPool
metadata:
  name: my-ippool
spec:
  cidr: 192.168.0.0/16
  ipipMode: Never
  natOutgoing: true

calicoctl apply -f ippool.yaml

3. 在 Pod 上添加注解

• 通过在 Pod 的 metadata.annotations 中添加 cni.projectcalico.org/ipAddrs 注解，指定固定的 IP 地址。
• 要求：
  • IP 地址必须在某个 IP 池范围内。
  • IP 地址不能已被其他 Pod 使用。
  • 注解必须在 Pod 创建时指定，后续修改无效。
• 示例 Pod 定义：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
  annotations:
    "cni.projectcalico.org/ipAddrs": "[\"192.168.1.100\"]"
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx

• 说明：
  • cni.projectcalico.org/ipAddrs 的值是一个 JSON 数组，IPv4 和 IPv6 地址都可以指定（目前每个 IP 家族只支持一个地址）。
  • 创建 Pod 后，Calico IPAM 会将 192.168.1.100 分配给该 Pod。

4. 验证固定 IP

• 创建 Pod 后，检查其 IP 地址：

kubectl get pod my-pod -o wide

• 输出应显示 Pod 的 IP 为 192.168.1.100。
• 进一步验证：

kubectl exec -it my-pod -- ip addr

确认 Pod 的 eth0 接口绑定了指定的 IP。

三、Calico 固定 IP 的工作原理

1. Pod 创建时：
   • Kubernetes 调用 CNI 插件（Calico）为 Pod 配置网络。
   • Calico 检查 Pod 的注解，发现 cni.projectcalico.org/ipAddrs。
   • Calico IPAM 验证指定的 IP 是否在 IP 池内且未被占用。
   • 如果验证通过，Calico 将该 IP 分配给 Pod，并配置网络接口（veth pair）。
2. IP 持久性：
   • 只要 Pod 不被删除，IP 地址就不会变化。
   • 如果 Pod 被删除并重新创建，且注解保持不变，Calico 会尝试重新分配相同的 IP（前提是该 IP 未被其他 Pod 占用）。
3. 冲突处理：
   • 如果指定的 IP 已被占用，Pod 创建会失败，需调整 IP 或清理冲突。

四、固定 IP 的局限性

1. 动态性冲突：
   • Kubernetes 的设计理念是 IP 动态分配，固定 IP 与此理念略有冲突，可能增加管理复杂性。
2. 不支持动态变更：
   • 注解只能在 Pod 创建时生效，运行中的 Pod 无法通过修改注解更改 IP。
3. 依赖 Calico IPAM：
   • 必须使用 Calico 的 IPAM，其他 CNI 或 IPAM（如 Flannel 或 host-local）不支持此功能。