Kubernetes 1.24：避免碰撞為服務指派 IP 位址

在 Kubernetes 中，Service 是一種抽象的方式，用於公開在 Pod 集合上執行的應用程式。Service 可以具有叢集範圍的虛擬 IP 位址（使用 type: ClusterIP 的 Service）。用戶端可以使用該虛擬 IP 位址連線，然後 Kubernetes 會將流量負載平衡到該 Service 在不同的後端 Pod 之間。

Service ClusterIP 如何分配？

Service ClusterIP 可以被指派為

動態

叢集的控制平面會自動從為 type: ClusterIP Service 設定的 IP 範圍內選取一個可用的 IP 位址。

靜態

您可以從為 Service 設定的 IP 範圍內指定您選擇的 IP 位址。

在您的整個叢集中，每個 Service ClusterIP 都必須是唯一的。嘗試建立具有已分配的特定 ClusterIP 的 Service 將會傳回錯誤。

為何您需要保留 Service Cluster IP？

有時您可能希望 Service 在眾所周知的 IP 位址中執行，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。某些 Kubernetes 安裝程式會將 Service IP 範圍中的第 10 個位址指派給 DNS Service。假設您將叢集設定為 Service IP 範圍 10.96.0.0/16，並且您希望您的 DNS Service IP 為 10.96.0.10，您必須建立如下的 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 位址 10.96.0.10 尚未保留；如果在動態分配之前或與之並行建立其他 Service，則它們有可能分配此 IP，因此，您將無法建立 DNS Service，因為它會因衝突錯誤而失敗。

如何避免 Service ClusterIP 衝突？

在 Kubernetes 1.24 中，您可以啟用新的功能閘道 ServiceIPStaticSubrange。開啟此功能可讓您為 Service 使用不同的 IP 分配策略，從而降低衝突的風險。

ClusterIP 範圍將根據公式 min(max(16, cidrSize / 16), 256) 進行劃分，描述為永遠不小於 16 或大於 256，並在兩者之間有graduated step。

動態 IP 指派預設會使用較高的頻帶，一旦耗盡，它將使用較低的範圍。這將允許使用者在較低的頻帶上使用靜態分配，而衝突的風險較低。

範例

Service IP CIDR 區塊：10.96.0.0/24

範圍大小：2⁸ - 2 = 254
頻帶偏移：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
靜態頻帶開始：10.96.0.1
靜態頻帶結束：10.96.0.16
範圍結束：10.96.0.254

Service IP CIDR 區塊：10.96.0.0/20

範圍大小：2¹² - 2 = 4094
頻帶偏移：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
靜態頻帶開始：10.96.0.1
靜態頻帶結束：10.96.1.0
範圍結束：10.96.15.254

Service IP CIDR 區塊：10.96.0.0/16

範圍大小：2¹⁶ - 2 = 65534
頻帶偏移：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
靜態頻帶開始：10.96.0.1
靜態頻帶結束：10.96.1.0
範圍結束：10.96.255.254

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