Service ClusterIP 分配

在 Kubernetes 中，Service 是一种抽象方式，用于暴露运行在一组 Pods 上的应用。Service 可以拥有一个集群范围的虚拟 IP 地址（使用 type: ClusterIP 类型的 Service）。客户端可以使用该虚拟 IP 地址进行连接，然后 Kubernetes 将流量负载均衡到该 Service 后端的不同 Pod 上。

如何分配 Service ClusterIP？

当 Kubernetes 需要为 Service 分配虚拟 IP 地址时，分配方式有两种：

动态分配

集群的控制平面会自动从为 type: ClusterIP Service 配置的 IP 范围中选择一个空闲的 IP 地址。

静态分配

你可以在为 Service 配置的 IP 范围内指定一个你选择的 IP 地址。

在你的整个集群中，每个 Service 的 ClusterIP 必须是唯一的。尝试创建一个指定了已被分配的 ClusterIP 的 Service 将会返回错误。

为什么需要预留 Service Cluster IP？

有时你可能希望 Service 运行在某个知名 IP 地址上，以便集群中的其他组件和用户可以使用它们。

最好的例子是集群的 DNS Service。按照惯例，一些 Kubernetes 安装程序会将 Service IP 范围内的第 10 个 IP 地址分配给 DNS Service。假设你配置的集群的 Service IP 范围是 10.96.0.0/16，并且你希望 DNS Service IP 是 10.96.0.10，那么你需要像这样创建 Service：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    k8s-app: kube-dns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    kubernetes.io/name: CoreDNS
  name: kube-dns
  namespace: kube-system
spec:
  clusterIP: 10.96.0.10
  ports:
  - name: dns
    port: 53
    protocol: UDP
    targetPort: 53
  - name: dns-tcp
    port: 53
    protocol: TCP
    targetPort: 53
  selector:
    k8s-app: kube-dns
  type: ClusterIP

但是，正如之前解释的，IP 地址 10.96.0.10 并未被预留。如果在动态分配之前或同时创建了其他 Service，它们有可能分配到这个 IP。因此，你将无法创建 DNS Service，因为它会因冲突错误而失败。

如何避免 Service ClusterIP 冲突？

Kubernetes 中用于为 Service 分配 ClusterIP 的分配策略降低了冲突的风险。

ClusterIP 范围根据公式 min(max(16, cidrSize / 16), 256) 进行划分，这个公式的描述是 不小于 16 且不大于 256，其间有渐进的步长。

动态 IP 分配默认使用高段范围，一旦高段耗尽，才会使用低段范围。这使得用户可以在低段使用静态分配，从而降低冲突的风险。

示例

示例 1

本示例使用 IP 地址范围 10.96.0.0/24（CIDR 表示法）作为 Service 的 IP 地址范围。

范围大小：2⁸ - 2 = 254
段偏移量：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
静态分配段起始：10.96.0.1
静态分配段结束：10.96.0.16
范围结束：10.96.0.254

示例 2

本示例使用 IP 地址范围 10.96.0.0/20（CIDR 表示法）作为 Service 的 IP 地址范围。

范围大小：2¹² - 2 = 4094
段偏移量：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
静态分配段起始：10.96.0.1
静态分配段结束：10.96.1.0
范围结束：10.96.15.254

示例 3

本示例使用 IP 地址范围 10.96.0.0/16（CIDR 表示法）作为 Service 的 IP 地址范围。

范围大小：2¹⁶ - 2 = 65534
段偏移量：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
静态分配段起始：10.96.0.1
静态分配段结束：10.96.1.0
范围结束：10.96.255.254

下一步

• 阅读有关 Service 外部流量策略 的内容
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