服务 ClusterIP 分配

在 Kubernetes 中,服务(Services)是一种抽象的方式来暴露运行在一组 Pod 上的应用程序。服务可以拥有集群范围的虚拟 IP 地址(使用 type: ClusterIP 的服务)。客户端可以使用该虚拟 IP 地址进行连接,然后 Kubernetes 会将流量负载均衡到该服务后面的不同 Pod 上。

服务 ClusterIP 如何分配?

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

动态
集群的控制平面会自动从配置的 type: ClusterIP 服务的 IP 范围内选择一个空闲的 IP 地址。
静态
您可以从配置的服务 IP 范围内指定您选择的 IP 地址。

在您的整个集群中,每个服务的 ClusterIP 都必须是唯一的。尝试创建一个具有已分配的特定 ClusterIP 的服务将会返回错误。

为什么需要保留服务 ClusterIP?

有时您可能希望服务运行在众所周知的 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 服务。作为一种软约定,一些 Kubernetes 安装程序会将服务 IP 范围内的第 10 个 IP 地址分配给 DNS 服务。假设您使用服务 IP 范围 10.96.0.0/16 配置了集群,并且您希望 DNS 服务的 IP 为 10.96.0.10,您必须创建一个像这样的服务:

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同时创建了其他服务,则它们有可能分配此 IP。因此,您将无法创建 DNS 服务,因为它将因冲突错误而失败。

如何避免服务 ClusterIP 冲突?

Kubernetes 中实现的为服务分配 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,描述为永远不小于 16 或大于 256,并且在它们之间有一个渐变的步长

动态 IP 分配默认使用上限范围,一旦此范围耗尽,它将使用下限范围。这将允许用户在下限范围上使用静态分配,并且冲突的风险较低。

示例

示例 1

此示例使用 IP 地址范围:10.96.0.0/24(CIDR 表示法)作为服务的 IP 地址。

范围大小:28 - 2 = 254
频带偏移:min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
静态频带起始:10.96.0.1
静态频带结束:10.96.0.16
范围结束:10.96.0.254

pie showData title 10.96.0.0/24 "静态" : 16 "动态" : 238

示例 2

此示例使用 IP 地址范围:10.96.0.0/20(CIDR 表示法)作为服务的 IP 地址。

范围大小:212 - 2 = 4094
频带偏移:min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
静态频带起始:10.96.0.1
静态频带结束:10.96.1.0
范围结束:10.96.15.254

pie showData title 10.96.0.0/20 "静态" : 256 "动态" : 3838

示例 3

此示例使用 IP 地址范围:10.96.0.0/16(CIDR 表示法)作为服务的 IP 地址。

范围大小:216 - 2 = 65534
频带偏移:min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
静态频带起始:10.96.0.1
静态频带结束:10.96.1.0
范围结束:10.96.255.254

pie showData title 10.96.0.0/16 "静态" : 256 "动态" : 65278

下一步

上次修改时间:太平洋标准时间 2024 年 10 月 24 日下午 5:03:更新 cluster-ip-allocation.md (e57546d9a1)