K8s进阶之外部访问Pod的几种方式

概述

K8s集群内部的Pod默认是不对外提供访问，只能在集群内部进行访问。这样做是为什么呢？

• 安全性考虑

Kubernetes设计时遵循最小权限原则，即组件仅获得完成其任务所需的最少权限。直接暴露Pod给外部网络可能会引入安全隐患，比如让攻击者更容易定位和攻击运行在Pod内的服务。通过限制Pod的直接访问，Kubernetes鼓励使用更安全的服务暴露机制。

• 可管理性和弹性

Kubernetes设计鼓励使用Service来抽象Pod的访问。Service为一组具有相同功能的Pod提供一个稳定的服务访问入口，并且可以实现负载均衡。即使Pod因为故障重建或扩展，Service依然能够透明地路由流量到新的或现有的Pod实例，从而保证服务的高可用性和弹性。

外部要访问集群内部的Pod常用的有以下几种方式：

• hostNetwork：直接使用宿主机网络的方式
• HostPort：在 Pod 定义中直接将容器端口映射到宿主机端口，绕过 Service 层，外部可通过 节点 IP + HostPort 直接访问 Pod。
• port-forward：用于在本地计算机和集群内运行的Pod之间建立临时的网络连接，实现端口转发。通常用于开发或者测试
• service：通过service的nodePort来进行访问
• ingress：通过ingress来进行访问，类似nginx

HostNetwork方式

这种方式通常用于开发、测试环境，不推荐生产环境使用。

直接使用宿主机网络的方式，使用方式如下：
hostNetwork <boolean> 是否使用主机网络模式，默认为false，如果设置为true，表示使用宿主机网络

使用hostNetwork方式不要使用deploy部署的方式，这样会导致所有的Pod的端口都被占用

推荐使用Pod部署的方式

示例：

# 定义deploy文件
[root@master01 ~/deploy]# cat deploy-tomcat.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-tomcat
  namespace: default
spec:
  # 定义更新策略
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
  replicas: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: tomcat
  template:
    metadata:
      name: pod-tomcat
      labels:
        app: tomcat
    spec:
      # 使用hostNetwork的方式暴漏端口访问方式
      hostNetwork: true
      containers:
      - name: container-tomcat
        image: tomcat:9.0
      restartPolicy: Always

# 创建
[root@master01 ~/deploy]# kubectl apply -f deploy-tomcat.yaml
deployment.apps/deployment-tomcat created

查看Pod的启动状态

[root@master01 ~/deploy]# kubectl get po -o wide | grep deployment-tomcat
deployment-tomcat-577bcdbddc-5xvpl   0/1     CrashLoopBackOff   2 (27s ago)       56s     10.0.0.31         node01   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-c7mbs   0/1     CrashLoopBackOff   2 (21s ago)       56s     10.0.0.32         node02   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-dn7qb   0/1     CrashLoopBackOff   2 (21s ago)       56s     10.0.0.31         node01   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-ffp4f   0/1     CrashLoopBackOff   2 (21s ago)       56s     10.0.0.31         node01   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-fpsb5   1/1     Running            0                 56s     10.0.0.31         node01   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-gj9wg   1/1     Running            0                 56s     10.0.0.32         node02   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-jnvg5   0/1     CrashLoopBackOff   2 (27s ago)       56s     10.0.0.32         node02   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-qsxhj   0/1     CrashLoopBackOff   2 (21s ago)       56s     10.0.0.32         node02   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-swts5   0/1     CrashLoopBackOff   2 (21s ago)       56s     10.0.0.31         node01   <none>           <none>
deployment-tomcat-577bcdbddc-x6lb2   0/1     CrashLoopBackOff   2 (21s ago)       56s     10.0.0.32         node02   <none>           <none>

这里有很多Pod未启动成功，即使启动成功了也访问不了，为什么呢？

查看一下日志，发现是对应的端口被占用了，我们上面提到过，hostNetwork是使用宿主机的网络，也会使用宿主机的端口，所以当Pod调度过去之后端口被其它的Pod占用了

那么为什么启动的Pod也访问不了呢？因为deploy部署的时候所有的Pod都是同时创建的，都去争抢宿主机的端口，这就导致谁也抢不到需要绑定的端口

[root@master01 ~/deploy]# kubectl logs -f deployment-tomcat-577bcdbddc-qsxhj
16-May-2025 15:46:31.134 SEVERE [main] org.apache.catalina.core.StandardServer.await Failed to create server shutdown socket on address [localhost] and port [8005] (base port [8005] and offset [0])
        java.net.BindException: Address already in use
                at java.base/sun.nio.ch.Net.bind0(Native Method)
                at java.base/sun.nio.ch.Net.bind(Net.java:565)
                at java.base/sun.nio.ch.Net.bind(Net.java:554)
                at java.base/sun.nio.ch.NioSocketImpl.bind(NioSocketImpl.java:636)
                at java.base/java.net.ServerSocket.bind(ServerSocket.java:391)
                at java.base/java.net.ServerSocket.<init>(ServerSocket.java:278)
                at org.apache.catalina.core.StandardServer.await(StandardServer.java:537)
                at org.apache.catalina.startup.Catalina.await(Catalina.java:829)
                at org.apache.catalina.startup.Catalina.start(Catalina.java:777)
                at java.base/jdk.internal.reflect.DirectMethodHandleAccessor.invoke(DirectMethodHandleAccessor.java:103)
                at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:580)
                at org.apache.catalina.startup.Bootstrap.start(Bootstrap.java:345)
                at org.apache.catalina.startup.Bootstrap.main(Bootstrap.java:476)

使用Pod进行部署

[root@master01 ~/pod]# cat pod-tomcat.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-tomcat
spec:
  hostNetwork: true
  containers:
  - name: container-tomcat
    image: tomcat:latest
    imagePullPolicy: Always
[root@master01 ~/pod]# kubectl apply -f pod-tomcat.yaml
pod/pod-tomcat created

# 查看pod调度到哪个节点
[root@master01 ~/pod]# kubectl get po -o wide
NAME                                READY   STATUS             RESTARTS        AGE     IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-tomcat                          1/1     Running            0               7s      10.0.0.32         node02   <none>           <none>

访问一下

查看Pod调度到哪个节点上，用节点IP进行访问，例如我使用10.0.0.32节点的IP进行访问

# 验证端口是否存在，tomcat端口为8080
[root@node02 ~]# ss -lntup | grep 8080
tcp   LISTEN 0      100                     *:8080             *:*    users:(("java",pid=2141262,fd=44))

# 在master节点进行curl访问
[root@master01 ~/pod]# curl 10.0.0.32:8080
<!doctype html><html lang="en"><head><title>HTTP Status 404 -- Not Found</title>...

HostPort

在 Pod 定义中直接将容器端口映射到宿主机端口，绕过 Service 层，外部可通过 节点 IP + HostPort 直接访问 Pod。

这种方式在k8s v1.23.17+版本之后不会有端口监听，是采用iptables来进行转发规则。

示例：

# 定义资源文件
[root@master01 ~/pod]# cat pod-tomcat.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-tomcat
spec:
  containers:
  - name: container-tomcat
    image: tomcat:latest
    imagePullPolicy: Always
    ports:
    - name: http
      # 容器的端口
      containerPort: 8080
      # 映射到宿主机的端口
      hostPort: 8080
      # 指定端口协议
      protocol: TCP
# 创建Pod
[root@master01 ~/pod]# kubectl apply -f pod-tomcat.yaml
pod/pod-tomcat created

访问测试

# 查看Pod调度到哪个节点
[root@master01 ~/pod]# kubectl get po -o wide
NAME                                READY   STATUS             RESTARTS          AGE     IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-tomcat                          1/1     Running            0                 28s     100.95.185.255    node02   <none>           <none>

# 通过分配的IP进行访问
[root@master01 ~/pod]# curl 100.95.185.255:8080
<!doctype html><html lang="en"><head><title>HTTP Status 404 -- Not Found</title>...

# 通过宿主机IP进行访问
[root@master01 ~/pod]# curl 10.0.0.32:8080
<!doctype html><html lang="en"><head><title>HTTP Status 404 -- Not Found</title>...

port-forward方式

kubectl port-forward 是 Kubernetes 命令行工具 (kubectl) 提供的一个功能，用于在本地计算机和集群内运行的Pod之间建立临时的网络连接，实现端口转发。通常用于开发或者测试

基本语法

kubectl port-forward POD [LOCAL_PORT:]REMOTE_PORT [-n NAMESPACE] --address IP地址 --pod-running-timeout 300

参数解析：

• POD: 需要转发端口的Pod的名称或标签选择器。
• LOCAL_PORT: 本地计算机上的端口号，可选。如果不指定，Kubernetes会随机选择一个可用的本地端口。
• REMOTE_PORT: Pod中需要转发的端口号。
• -n NAMESPACE: 指定Pod所在的命名空间，如果不在当前上下文中，则需要指定。
• --address:指定外部访问的地址
• --pod-running-timeout： 参数设置等待Pod运行的最长时间，超过这个时间命令会退出

示例

# 创建deploy
[root@master01 ~/deploy]# cat deploy-tomcat.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-tomcat
  namespace: default
spec:
  # 定义更新策略
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 1
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: tomcat
  template:
    metadata:
      name: pod-tomcat
      labels:
        app: tomcat
    spec:
      containers:
      - name: container-tomcat
        image: tomcat:9.0
      restartPolicy: Always
[root@master01 ~/deploy]# kubectl apply -f deploy-tomcat.yaml
deployment.apps/deployment-tomcat created

进行port-forward

[root@master01 ~/deploy]# kubectl port-forward deployment-tomcat-7ddf96c4d8-mgqzf 8080:8080 --address 0.0.0.0
Forwarding from 0.0.0.0:8080 -> 8080

访问测试

# curl访问
[root@node01 ~]# curl 10.0.0.30:8080
<!doctype html><html lang="en"><head><title>HTTP Status 404 -- Not Found

浏览器访问，这里404只是表示没有资源，但是访问成功了

service的方式

service有两种方式可以将Pod对外提供访问，分别是NodePort和Loadbanlacer

NodePort可以看这篇文章：K8s新手系列之Service资源

Loadbanlacer可以看这篇文章：K8s进阶之MetalLB实现LoadBalancer

ingress的方式（生产环境推荐！！！）

Ingress相当于一个7层的负载均衡器，是kubernetes对反向代理的一个抽象，它的工作原理类似于Nginx，可以理解成在Ingress里建立诸多映射规则，Ingress Controller通过监听这些配置规则并转化成Nginx的反向代理配置 , 然后对外部提供服务

可以参考这篇文章：K8s进阶之初识Ingress