service

Kubernetes 之所以需要 Service,一方面是因为 Pod 的 IP 不是固定的,另一方面则是因为一组 Pod 实例之间总会有负载均衡的需求

Service 是由 kube-proxy 组件,加上 iptables 来共同实现的。

10.0.1.175 正是这个 Service 的 VIP。所以这一条规则,就为这个 Service 设置了一个固定的入口地址。并且,由于 10.0.1.175 只是一条 iptables 规则上的配置,并没有真正的网络设备,所以你 ping 这个地址,是不会有任何响应的。

kube-proxy 通过 iptables 处理 Service 的过程,其实需要在宿主机上设置相当多的 iptables 规则。而且,kube-proxy 还需要在控制循环里不断地刷新这些规则来确保它们始终是正确的

IPVS 模式的工作原理,其实跟 iptables 模式类似。当我们创建了前面的 Service 之后,kube-proxy 首先会在宿主机上创建一个虚拟网卡(叫作:kube-ipvs0),并为它分配 Service VIP 作为 IP 地址,如下所示:

# ip addr
  ...
  73:kube-ipvs0:<BROADCAST,NOARP>  mtu 1500 qdisc noop state DOWN qlen 1000
  link/ether  1a:ce:f5:5f:c1:4d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
  inet 10.0.1.175/32  scope global kube-ipvs0
  valid_lft forever  preferred_lft forever

而相比于 iptables,IPVS 在内核中的实现其实也是基于 Netfilter 的 NAT 模式,所以在转发这一层上,理论上 IPVS 并没有显著的性能提升。但是,IPVS 并不需要在宿主机上为每个 Pod 设置 iptables 规则,而是把对这些“规则”的处理放到了内核态,从而极大地降低了维护这些规则的代价。这也正印证了我在前面提到过的,“将重要操作放入内核态”是提高性能的重要手段。

service

nodeport

kube-proxy 要做的,就是在每台宿主机上生成这样一条 iptables 规则,
Kubernetes 会在 IP 包离开宿主机发往目的 Pod 时,对这个 IP 包做一次 SNAT 操作。
如果没有做 SNAT 操作的话,这时候,被转发来的 IP 包的源地址就是 client 的 IP 地址。所以此时,Pod 就会直接将回复发给client。对于 client 来说,它的请求明明发给了 node 2,收到的回复却来自 node 1,这个 client 很可能会报错。

           client
             \ ^
              \ \
               v \
   node 1 <--- node 2
    | ^   SNAT
    | |   --->
    v |
 endpoint

Service 的 spec.externalTrafficPolicy 字段设置为 local,这就保证了所有 Pod 通过 Service 收到请求之后,一定可以看到真正的、外部 client 的源地址。

       client
       ^ /   \
      / /     \
     / v       X
   node 1     node 2
    ^ |
    | |
    | v
 endpoint
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