服务 ClusterIP 分配

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

Service ClusterIP 是如何分配的？

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

动态

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

静态

你从为 Service 配置的 IP 范围内指定一个你选择的 IP 地址。

在整个集群中，每个 Service ClusterIP 都必须是唯一的。尝试创建一个指定了已分配的 ClusterIP 的 Service 将会返回错误。

为什么需要保留 Service Cluster IP？

有时你可能希望 Service 运行在众所周知的 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。作为一种约定俗成的做法，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。假设你为集群配置的 Service IP 范围是 10.96.0.0/16，并且你希望你的 DNS Service IP 是 10.96.0.10，你需要像这样创建一个 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，如前所述，IP 地址 10.96.0.10 尚未被保留。如果在动态分配之前或并行创建其他 Service，它们有可能分配这个 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 中实现的将 ClusterIP 分配给 Service 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，该公式描述为**不小于 16，不大于 256，且两者之间有一个渐进的步长**。

动态 IP 分配默认使用上部范围，一旦上部范围耗尽，它将使用下部范围。这允许用户在下部范围进行静态分配，并降低冲突风险。

示例

示例 1

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

范围大小：2⁸ - 2 = 254
带宽偏移：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
静态带宽起始：10.96.0.1
静态带宽结束：10.96.0.16
范围结束：10.96.0.254

示例 2

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

范围大小：2¹² - 2 = 4094
带宽偏移：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
静态带宽起始：10.96.0.1
静态带宽结束：10.96.1.0
范围结束：10.96.15.254

示例 3

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

范围大小：2¹⁶ - 2 = 65534
带宽偏移：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
静态带宽起始：10.96.0.1
静态带宽结束：10.96.1.0
范围结束：10.96.255.254

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