服务集群 IP 分配

在 Kubernetes 中，服务 是一种抽象的方式来暴露运行在一组 Pod 上的应用程序。服务可以拥有集群范围的虚拟 IP 地址（使用类型为 type: ClusterIP 的服务）。客户端可以使用该虚拟 IP 地址连接，Kubernetes 然后将流量负载均衡到该服务的不同后端 Pod 上。

服务 ClusterIP 如何分配？

当 Kubernetes 需要为服务分配虚拟 IP 地址时，该分配通过以下两种方式之一进行

动态

集群控制平面会自动从为 type: ClusterIP 服务配置的 IP 范围中选择一个空闲 IP 地址。

静态

您可以从为服务配置的 IP 范围中指定您选择的 IP 地址。

在整个集群中，每个服务 ClusterIP 都必须是唯一的。尝试使用已分配的特定 ClusterIP 创建服务将返回错误。

为什么要保留服务 ClusterIP？

有时您可能希望在已知 IP 地址上运行服务，以便集群中的其他组件和用户可以使用它们。

最好的例子是集群的 DNS 服务。作为一种软约定，一些 Kubernetes 安装程序将服务 IP 范围中的第 10 个 IP 地址分配给 DNS 服务。假设您将集群配置为服务 IP 范围 10.96.0.0/16，并且希望您的 DNS 服务 IP 为 10.96.0.10，您需要创建类似这样的服务

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

但正如之前解释的那样，IP 地址 10.96.0.10 尚未保留；如果其他服务在动态分配之前或与动态分配同时创建，它们有可能分配此 IP 地址，因此您将无法创建 DNS 服务，因为它会因冲突错误而失败。

如何避免服务 ClusterIP 冲突？

Kubernetes 中实施的分配策略用于为服务分配 ClusterIP，可以降低碰撞的风险。

ClusterIP 范围根据公式 min(max(16, cidrSize / 16), 256) 进行划分，描述为永远不小于 16 也不大于 256，并在它们之间有逐渐的步骤。

默认情况下，动态 IP 分配使用上段，一旦上段用尽，它将使用下段。这将允许用户在较低的段上使用静态分配，同时降低碰撞的风险。

示例

示例 1

此示例使用 IP 地址范围：10.96.0.0/24（CIDR 表示法）作为服务的 IP 地址。

范围大小：2⁸ - 2 = 254
段偏移量：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
静态段开始：10.96.0.1
静态段结束：10.96.0.16
范围结束：10.96.0.254

示例 2

此示例使用 IP 地址范围：10.96.0.0/20（CIDR 表示法）作为服务的 IP 地址。

范围大小：2¹² - 2 = 4094
段偏移量：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
静态段开始：10.96.0.1
静态段结束：10.96.1.0
范围结束：10.96.15.254

示例 3

此示例使用 IP 地址范围：10.96.0.0/16（CIDR 表示法）作为服务的 IP 地址。

范围大小：2¹⁶ - 2 = 65534
段偏移量：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
静态段开始：10.96.0.1
静态段结束：10.96.1.0
范围结束：10.96.255.254

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