Kubernetes 1.24：避免為服務分配 IP 地址時發生衝突

在 Kubernetes 中，Service 是一種抽象方式，用於暴露在一組 Pod 上執行的應用程式。Service 可以擁有叢集範圍的虛擬 IP 地址（使用 type: ClusterIP 的 Service）。客戶端可以使用該虛擬 IP 地址連線，然後 Kubernetes 會將流量負載均衡到該 Service 的不同後端 Pod。

Service ClusterIP 如何分配？

Service ClusterIP 可以被分配

動態地

叢集的控制平面會自動從為 type: ClusterIP Service 配置的 IP 範圍內選擇一個空閒的 IP 地址。

靜態地

您從為 Service 配置的 IP 範圍內指定一個您選擇的 IP 地址。

在整個叢集中，每個 Service ClusterIP 都必須是唯一的。嘗試建立具有已分配特定 ClusterIP 的 Service 將返回錯誤。

為什麼需要保留 Service Cluster IP？

有時您可能希望 Service 在眾所周知的 IP 地址上執行，以便叢集中的其他元件和使用者可以使用它們。

最好的例子是叢集的 DNS Service。一些 Kubernetes 安裝程式會將 Service IP 範圍中的第 10 個地址分配給 DNS 服務。假設您為叢集配置的 Service IP 範圍是 10.96.0.0/16，並且您希望 DNS Service IP 是 10.96.0.10，那麼您必須像這樣建立 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

但正如我之前解釋的，IP 地址 10.96.0.10 並未被保留；如果在動態分配之前或同時建立其他 Service，它們有可能分配此 IP，因此，您將無法建立 DNS Service，因為它將因衝突錯誤而失敗。

如何避免 Service ClusterIP 衝突？

在 Kubernetes 1.24 中，您可以啟用一個新的特性門控 ServiceIPStaticSubrange。啟用此功能允許您對 Service 使用不同的 IP 分配策略，從而降低衝突風險。

ClusterIP 範圍將根據公式 min(max(16, cidrSize / 16), 256) 進行劃分，描述為*永不小於 16 或大於 256，兩者之間有分級步長*。

動態 IP 分配將預設使用高位段，一旦高位段用盡，將使用低位段。這將允許使用者在低位段使用靜態分配，從而降低衝突風險。

示例

Service IP CIDR 塊：10.96.0.0/24

範圍大小：2⁸ - 2 = 254
分段偏移：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
靜態段起始：10.96.0.1
靜態段結束：10.96.0.16
範圍結束：10.96.0.254

Service IP CIDR 塊：10.96.0.0/20

範圍大小：2¹² - 2 = 4094
分段偏移：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
靜態段起始：10.96.0.1
靜態段結束：10.96.1.0
範圍結束：10.96.15.254

Service IP CIDR 塊：10.96.0.0/16

範圍大小：2¹⁶ - 2 = 65534
分段偏移：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
靜態段起始：10.96.0.1
靜態段結束：10.96.1.0
範圍結束：10.96.255.254

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