Architecture Kubernetes

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1 - Vue d'ensemble

L'architecture Kubernetes est composée de deux types de nœuds : le Control Plane (plan de contrôle) et les Worker Nodes (nœuds de travail).

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2 - Control Plane

Le Control Plane est le "cerveau" du cluster. Il prend toutes les décisions globales et détecte/répond aux événements du cluster.

2.1 API Server (kube-apiserver)

Le point d'entrée unique pour toutes les communications avec le cluster.

Caractéristiques :

• Expose l'API REST de Kubernetes
• Seul composant qui communique avec etcd
• Point d'entrée pour kubectl, dashboard, SDK
• Gère l'authentification et l'autorisation

2.2 etcd

Base de données distribuée clé-valeur qui stocke tout l'état du cluster.

# Exemple de données stockées dans etcd
# Clé: /registry/deployments/default/nginx
{
  "apiVersion": "apps/v1",
  "kind": "Deployment",
  "metadata": {
    "name": "nginx",
    "namespace": "default",
    "uid": "abc123..."
  },
  "spec": {
    "replicas": 3
  }
}

Caractéristiques :

• Stockage hautement disponible
• Consensus Raft pour la cohérence
• Sauvegarde critique à planifier
• Performance : < 10ms de latence recommandée

2.3 Scheduler (kube-scheduler)

Responsable de l'affectation des Pods aux Nodes.

Critères de scheduling :

Critère	Description
Resources	CPU et mémoire disponibles
Taints/Tolerations	Restrictions sur les nodes
Node Affinity	Préférences de placement
Pod Affinity	Co-localisation de Pods
Pod Anti-Affinity	Séparation de Pods

2.4 Controller Manager (kube-controller-manager)

Exécute les contrôleurs qui régulent l'état du cluster.

Principaux contrôleurs :

• Deployment Controller : Gère les Deployments et ReplicaSets
• ReplicaSet Controller : Maintient le nombre de Pods souhaité
• Node Controller : Surveille la santé des nodes
• Job Controller : Gère les Jobs et CronJobs
• Endpoint Controller : Peuple les objets Endpoints

2.5 Cloud Controller Manager

Interface entre Kubernetes et les APIs du cloud provider.

# Exemple : LoadBalancer Service sur AWS
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mon-service
  annotations:
    # Annotations spécifiques AWS
    service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: "nlb"
spec:
  type: LoadBalancer  # Le CCM crée un ELB/NLB
  ports:
  - port: 80
  selector:
    app: mon-app

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3 - Worker Nodes

Les Worker Nodes exécutent les applications conteneurisées.

3.1 Kubelet

Agent qui s'exécute sur chaque node et garantit que les conteneurs fonctionnent dans les Pods.

Fonctions du Kubelet :

• Reçoit les PodSpecs du API Server
• S'assure que les conteneurs décrits sont en cours d'exécution
• Monte les volumes
• Exécute les probes de santé
• Rapporte l'état au Control Plane

3.2 Kube-Proxy

Gère les règles réseau sur chaque node.

Modes de proxy :

Mode	Description	Performance
iptables	Règles iptables Linux	Bon
IPVS	IP Virtual Server	Excellent
userspace	Proxy en espace utilisateur	Faible (legacy)

3.3 Container Runtime

Le logiciel responsable de l'exécution des conteneurs.

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4 - Communication dans le cluster

4.1 Flux de communication

4.2 Ports importants

Composant	Port	Protocole	Description
API Server	6443	HTTPS	API Kubernetes
etcd	2379-2380	HTTPS	Client et peer
Kubelet	10250	HTTPS	API Kubelet
Kube-Proxy	10256	HTTP	Health check
NodePort Services	30000-32767	TCP/UDP	Services exposés

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5 - Haute disponibilité

5.1 Control Plane HA

5.2 Bonnes pratiques HA

Composant	Minimum HA	Recommandé Production
Control Plane Nodes	3	3 ou 5
etcd Members	3	3 ou 5 (impair)
Worker Nodes	2+	Selon charge
Zones de disponibilité	2	3

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6 - Add-ons essentiels

6.1 DNS (CoreDNS)

Fournit la résolution DNS pour les Services.

# Exemple de résolution DNS
# Service: mon-service.default.svc.cluster.local
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mon-service
  namespace: default
spec:
  selector:
    app: mon-app
  ports:
  - port: 80

6.2 Networking (CNI)

Les plugins CNI gèrent la connectivité réseau :

Plugin	Caractéristiques
Calico	Network Policies, BGP
Cilium	eBPF, observabilité
Flannel	Simple, overlay VXLAN
Weave	Chiffrement, simplicité

6.3 Dashboard

Interface web pour gérer le cluster :

# Installation du Dashboard
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/v2.7.0/aio/deploy/recommended.yaml

# Accès via proxy
kubectl proxy
# http://localhost:8001/api/v1/namespaces/kubernetes-dashboard/services/https:kubernetes-dashboard:/proxy/

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Résumé

Dans ce chapitre, nous avons exploré :

• Control Plane : API Server, etcd, Scheduler, Controller Manager
• Worker Nodes : Kubelet, Kube-Proxy, Container Runtime
• Communication : Flux entre composants et ports utilisés
• Haute disponibilité : Configuration multi-master
• Add-ons : DNS, CNI, Dashboard

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Prochaine étape

Dans le prochain chapitre, nous allons installer Kubernetes avec différentes méthodes : Minikube, Kind et kubeadm.

→ Chapitre suivant : Installation

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