四层代理Service

四层负载均衡Service基本介绍

在Kubernetes中，四层代理（Layer·4·Proxy）是指基于网络层（传输层）的代理，用于将网络请求从一个源地址路由到一个目标地址。在Kubernetes中，Service（服务）作为四层代理的一种实现方式，用于实现服务的负载均衡和服务发现。 Service是Kubernetes中的一个资源对象，它定义了一组具有相同标签的Pod的逻辑集合，并为这组Pod分配了一个虚拟IP（Cluster·IP）。Service充当了网络终结点，客户端可以通过访问Service 的虚拟IP来访问后端的Pod。

以下是Service的基本介绍： - Cluster·IP：每个Service都分配了一个Cluster·IP，它是一个虚拟的内部IP地址，用于在集群内部进行访问。这个虚拟IP是由Kubernetes自动分配的，并且与Service对象一一对应。

$ kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   71d
$ kubectl describe svc kubernetes
Name:              kubernetes
Namespace:         default
Labels:            component=apiserver
                   provider=kubernetes
Annotations:       <none>
Selector:          <none>
Type:              ClusterIP
IP Family Policy:  SingleStack
IP Families:       IPv4
IP:                10.96.0.1
IPs:               10.96.0.1
Port:              https  443/TCP
TargetPort:        6443/TCP
Endpoints:         192.168.59.63:6443
Session Affinity:  None
Events:            <none
# 也就是访问 10.96.0.1 时就可以访问 192.168.59.63:6443 这个服务

端口映射：Service可以映射一个或多个端口到后端Pod的端口。这意味着客户端可以通过访问Service的某个端口来访问后端Pod的应用程序。
负载均衡：Service使用四层代理实现负载均衡，将来自客户端的请求均匀地分发到后端的Pod。当多个Pod属于同一个Service时，Service会自动将请求路由到可用的Pod上，以实现负载均衡。
DNS解析：每个Service都会自动注册到Kubernetes集群的内置DNS中，通过服务名称可以解析出Service的虚拟IP。这样，客户端可以使用服务名称作为域名来访问Service，而无需知道具体的虚拟IP地址。

$ kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   71d
# 其完整的域名 kubernetes.default.svc.cluster.local
# 其靠 kube-dns 将这个域名解析为 10.96.0.1 
$ kubectl get svc -n kube-system
NAME       TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGE
kube-dns   ClusterIP   10.96.0.10   <none>        53/UDP,53/TCP,9153/TCP   71d

Service与pod之间的关系

alt text

为什么不直接请求Pod的ip？而是要创建Service？ Pod有生命周期，pod里面的镜像要更新，更新镜像就需要重新创建pod，那如果pod不是共享物理机ip，pod重新创建ip就会变化，就没法访问了。

在Kubernetes中创建Service时，会使用标签选择器（Label·Selector）来筛选符合条件的 Pod，并为这些Pod创建与Service同名的Endpoint对象。Endpoint对象记录了Service所关联的后端Pod的网络地址信息。

$ kubectl api-resources | grep Endpoints
endpoints                         ep           v1                                     true         Endpoints
$ kubectl get ep
NAME         ENDPOINTS            AGE
kubernetes   192.168.59.63:6443   71d

当Pod的地址发生变化时时（例如Pod重启、扩缩容导致Pod重新调度等），Endpoint对象会相应地更新Pod 地址

当前端客户端发起请求到Service的虚拟IP时，Service通过查找与其关联的Endpoint对象，获取到当前可用的后端Pod的地址列表。然后，由负载均衡组件（如kube-proxy）根据特定的负载均衡算法（例如轮询、随机等）从地址列表中选择一个目标Pod，将请求转发到该Pod进行访问。

这样的架构使得前端客户端无需直接关注后端Pod的变化和调度情况，而是通过Service来访问后端应用程序。Service提供了抽象和透明的方式来进行负载均衡和服务发现，确保了应用程序的高可用性和可伸缩性。

# 如果配了防火墙，则此处可看转移规则
$ ipvsadm -Ln

Kubernetes集群中的ip地址

Pod·IP地址：每个运行的Pod都会分配一个独立的IP地址。Pod·IP地址是集群内部的IP 地址，用于Pod之间的通信。
Service·Cluster·IP地址：Service对象分配的虚拟IP地址称为Cluster·IP。Cluster·IP是集群内部的IP地址，用于在集群内部进行服务发现和访问。客户端可以通过访问Service的 Cluster·IP地址来访问与该Service相关联的一组Pod。
Node·IP地址：Node（节点）是Kubernetes集群中的工作节点，每个节点都有一个IP 地址。Node·IP地址用于与集群外部的网络进行通信，例如从外部访问集群中的服务。Node IP地址可以是物理节点的IP地址或云提供商分配的虚拟IP地址。

这三类IP地址在Kubernetes集群中扮演不同的角色： 1. Pod·IP地址用于Pod之间的通信，实现了容器间的网络互通。 2. Service·Cluster·IP地址用于提供服务的访问入口，客户端可以通过访问Service的Cluster IP地址来访问与之关联的一组Pod。 3. Node·IP地址用于与集群外部的网络进行通信，允许外部流量进入集群或从集群中流出。

创建Service资源

kubectl explain svc.spec

allocateLoadBalancerNodePorts（boolean）：表示是否动态分配负载均衡器的节点端口。
clusterlP·(string）：表示Service的Cluster·IP地址，用于集群内部访问Service，默认由系统自动分配。
clusterlPs·（[]string）：表示Service的多个Cluster·IP地址，用于集群内部访问Service.
externallPs·（[]string）：表示将Service公开到集群外部的外部IP地址列表。
externalName·（string）：表示Service的外部名称，用于将Service映射到外部DNS 名称。
externalTrafficPolicy·（string）：·表示Service外部流量的负载均衡策略，可选值为"Local"或"Cluster"。
healthCheckNodePort·（integer)：表示健康检查的节点端口。A
ipFamilies·（[]string）：表示Service支持的IP地址族列表。
ipFamilyPolicy·（string）：表示Service的IP地址族策略，可选值为"SingleStack或"PreferDualStack"。
IbadBalancerlP·（string）：表示分配给负载均衡器的IP地址。←
loadBalancerSourceRanges·（[lstring）：表示允许访问负载均衡器的源IP地址范围。
ports·([object):：定义Service监听的端口映射配置，包括协议、端口号和目标端口等。
publishNotReadyAddresses·（boolean)：表示是否将未就绪的Pod的地址也发布给 Service。
selector（map[string]string)：标签选择器，用于选择与Service关联的后端Pod。
sessionAffinity·（string）：表示会话亲和性的策略，可选值为"None"、“ClientIP"或"ClientiP".
topologyKeys·（[]string）：表示用于服务拓扑感知的键列表。
type·（string）：表示Service 的类型，可选值为"ClusterlP"、“NodePort"、"LoadBalancer"或"ExternalName".

Service的type类型

kubectl explain svc.spec.type

Kubernetes中的Service类型定义了不同的访问方式和应用场景。以下是几种常见的Service类以及它们的应用场景：

ClusterlP:
类型：ClusterlP是默认的Service类型。
应用场景：适用于集群内部的服务发现和访问。。ClusterlP将为Service分配一个虚拟的Cluster·IP地址，只能在集群内部访问。通过该地址，其他Pod或Service可以访问与之关联的一组Pod。
NodePort:
类型：NodePort类型将Service公开到集群节点上的某个固定端口。
应用场景：适用于需要从集群外部访问Service的场景。i通过指定NodePort类型 Kubernetes会为Service分配一个随机的高端口号，并将该端口映射到每个节点上。从外部网络，可以通过:的方式访问Service。
LoadBalancer:
类型：LoadBalancer类型通过云服务提供商的负载均衡器将Service公开到外部网络。
应用场景：适用于需要高可用性和负载均衡的场景。通过LoadBalancer类型， Kubernetes将与云服务提供商集成，自动创建外部负载均衡器，，并将流量分发到 Service关联的Pod。外部客户端可以通过负载均衡器的公共IP访问Service。
ExternalName:
类型：ExternalName类型是一种将Service映射到外部DNS名称的方式。个
应用场景：适用于将Service与外部服务集成的场景。通过ExternalName类型， Service不会分配Cluster·IP或NodePort，而是直接映射到一个外部DNS名称。兰集群内部的Pod或Service访问该Service时，DNS解析将会直接返回该外部DNS 名称对应的IP地址。

根据应用需求和场景，选择适当的Service类型可以实现不同的访问方式和网络架构。例如，如果需要在集群内部实现服务发现和访问，可以使用ClusterlP；如果需要从集群外部访问Service，可以选择 NodePort；如果需要高可用性和负载均衡，可以使用LoadBalancer；如果需要将Service与外部服务集成，可以使用ExternalName。根据具体的业务需求，可以灵活选择合适的Service类型。

通过定义Service的端口，可以实现将流量从Service端口转发到后端Pod的容器端口。每个端口定义可以映射到一个或多个后端Pod，实现负载均衡和服务发现的功能。根据实际需求，可以在 spec.ports字段中定义多个端口，以满足不同端口的访问需求。

创建ClusterlP类型的Service

clusterip.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80

service_clusterip.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  labels:
    run: nginx
spec:
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: nginx

$ kubectl get pod -l run=nginx -owide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS       AGE   IP              NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-7bd697c45f-7wqjn   1/1     Running   1 (105m ago)   14h   10.250.158.39   xuegod62   <none>           <none>
nginx-7bd697c45f-bhh52   1/1     Running   1 (105m ago)   14h   10.250.158.41   xuegod62   <none>           <none>
nginx-7bd697c45f-ln65j   1/1     Running   0              57m   10.250.158.33   xuegod62   <none>           <none>
$ kubectl get svc -l run=nginx -owide
NAME    TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
nginx   ClusterIP   10.100.102.187   <none>        80/TCP    26m   run=nginx
$ kubectl describe svc nginx
Name:              nginx
Namespace:         default
Labels:            run=nginx
Annotations:       <none>
Selector:          run=nginx
Type:              ClusterIP
IP Family Policy:  SingleStack
IP Families:       IPv4
IP:                10.100.102.187
IPs:               10.100.102.187
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.250.158.33:80,10.250.158.39:80,10.250.158.41:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>

路由规则保存在 ipvsadm -Ln 中。

创建NodePort类型的Service

vim nodepod.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx-nodeport
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx-nodeport
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx-nodeport
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80

vim service_nodeport.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx-nodeport
  labels:
    run: nginx-nodeport
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
    nodePort: 30180
  selector:
    run: nginx-nodeport

这样每个node都有30180 并且映射到 pod的 80端口

创建ExternalName类型的Service

应用场景：跨名称空间访问需求：default名称空间下的pod想要访问nginx名称空间下的pod服务

nginx.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
  namespace: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80

nginx-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  namespace: nginx
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
    nodePort: 30180
  selector:
    web: nginx

default.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: default
  namespace: default
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: busybox
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: busybox
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 3600"]

default_svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  namespace: nginx
spec:
  type: ExternalName
  externalName: nginx-svc.nginx.svc.cluster.local
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    web: nginx

Service完整的dns名称： Service name.svc namespace.svc.cluster.local

相当于软连接 nginx-svc -> nginx-svc.nginx.svc.cluster.local

实战：映射外部服务案例分享

mysql.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
spec:
  type: ClusterIP
  ports:
    port: 3306

mysql_endpoint.yaml

apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  name: mysql
subsets:
  addresses:
  - ip: 192.168.40.62
  ports:
    port: 3306

这样访问 mysql 域名就可以访问 192.168.40.62:3306 了