服務 ClusterIP 分配

在 Kubernetes 中，Service 是一種抽象方式，用於暴露執行在一組 Pod 上的應用程式。Service 可以擁有一個叢集範圍內的虛擬 IP 地址（使用 type: ClusterIP 的 Service）。客戶端可以使用該虛擬 IP 地址進行連線，Kubernetes 會將流量負載均衡到該 Service 的不同後端 Pod 上。

Service ClusterIP 是如何分配的？

當 Kubernetes 需要為 Service 分配虛擬 IP 地址時，分配方式有兩種：

動態

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

你從為 Service 配置的 IP 範圍內指定一個你選擇的 IP 地址。

在整個叢集中，每個 Service ClusterIP 都必須是唯一的。嘗試建立一個指定了已分配的 ClusterIP 的 Service 將會返回錯誤。

為什麼需要保留 Service Cluster IP？

有時你可能希望 Service 執行在眾所周知的 IP 地址上，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。作為一種約定俗成的做法，一些 Kubernetes 安裝程式會將 Service IP 範圍內的第 10 個 IP 地址分配給 DNS Service。假設你為叢集配置的 Service IP 範圍是 10.96.0.0/16，並且你希望你的 DNS Service IP 是 10.96.0.10，你需要像這樣建立一個 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。如果在動態分配之前或並行建立其他 Service，它們有可能分配這個 IP。因此，你將無法建立 DNS Service，因為它會因衝突錯誤而失敗。

如何避免 Service ClusterIP 衝突？

Kubernetes 中實現的將 ClusterIP 分配給 Service 的分配策略降低了衝突的風險。

ClusterIP 範圍根據公式 min(max(16, cidrSize / 16), 256) 進行劃分，該公式描述為**不小於 16，不大於 256，且兩者之間有一個漸進的步長**。

動態 IP 分配預設使用上部範圍，一旦上部範圍耗盡，它將使用下部範圍。這允許使用者在下部範圍進行靜態分配，並降低衝突風險。

示例

示例 1

此示例使用 IP 地址範圍：10.96.0.0/24 (CIDR 表示法) 作為 Service 的 IP 地址。

範圍大小：2⁸ - 2 = 254
頻寬偏移：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
靜態頻寬起始：10.96.0.1
靜態頻寬結束：10.96.0.16
範圍結束：10.96.0.254

示例 2

此示例使用 IP 地址範圍：10.96.0.0/20 (CIDR 表示法) 作為 Service 的 IP 地址。

範圍大小：2¹² - 2 = 4094
頻寬偏移：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
靜態頻寬起始：10.96.0.1
靜態頻寬結束：10.96.1.0
範圍結束：10.96.15.254

示例 3

此示例使用 IP 地址範圍：10.96.0.0/16 (CIDR 表示法) 作為 Service 的 IP 地址。

範圍大小：2¹⁶ - 2 = 65534
頻寬偏移：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
靜態頻寬起始：10.96.0.1
靜態頻寬結束：10.96.1.0
範圍結束：10.96.255.254

下一步

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