Kubernetes 文档 / 概念 / 服务、负载均衡和联网 / Service ClusterIP 分配

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在 Kubernetes 中，Service 是一种抽象的方式，用于公开在一组 Pod 上运行的应用。 Service 可以具有集群作用域的虚拟 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 通过不同的后台 Pod 对该 Service 的流量进行负载均衡。

Service ClusterIP 是如何分配的

当 Kubernetes 需要为 Service 分配虚拟 IP 地址时，该分配会通过以下两种方式之一进行：

动态分配

集群的控制面自动从所配置的 IP 范围内为 type: ClusterIP 选择一个空闲 IP 地址。
静态分配

根据为 Service 所配置的 IP 范围，选定并设置你的 IP 地址。

在整个集群中，每个 Service 的 ClusterIP 都必须是唯一的。尝试使用已分配的 ClusterIP 创建 Service 将返回错误。

为什么需要预留 Service 的 ClusterIP ？

有时你可能希望 Services 在众所周知的 IP 上面运行，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。作为一种非强制性的约定，一些 Kubernetes 安装程序将 Service IP 范围中的第 10 个 IP 地址分配给 DNS 服务。假设将集群的 Service IP 范围配置为 10.96.0.0/16，并且希望 DNS Service IP 为 10.96.0.10，则必须创建如下 Service：

yaml 复制代码

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

但如前所述，IP 地址 10.96.0.10 尚未被保留。如果在 DNS 启动之前或同时采用动态分配机制创建其他 Service，则它们有可能被分配此 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 中用來将 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，描述为不小于 16 且不大于 256，并在二者之间有一个渐进的步长。

默认情况下，动态 IP 分配使用地址较高的一段，一旦用完，它将使用较低范围。这将允许用户在冲突风险较低的较低地址段上使用静态分配。

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

带宽偏移量：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16

静态带宽起始地址：10.96.0.1

静态带宽结束地址：10.96.0.16

范围结束地址：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

带宽偏移量：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256

静态带宽起始地址：10.96.0.1

静态带宽结束地址：10.96.1.0

范围结束地址：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

带宽偏移量：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256

静态带宽起始地址：10.96.0.1

静态带宽结束地址：10.96.1.0

范围结束地址：10.96.255.254