Kubernetes ClusterIP分配

在 Kubernetes 中，Service 是一种抽象的概念，用于公开一组 Pod 上运行的应用程序。Service 可以具有集群范围内的虚拟 IP 地址（使用 type: ClusterIP 的 Service）。 当客户端发起连接请求时，Kubernetes 会根据 Service 的负载均衡规则将流量分发给后台的 Pod。

一、Service ClusterIP分配

当 Kubernetes 需要为 Service 分配虚拟 IP 地址时，该分配会通过以下两种方式之一进行：

1、动态分配

集群的控制面自动从所配置的 IP 范围内为 type: ClusterIP 选择一个空闲 IP 地址。

2、静态分配

根据为 Service 所配置的 IP 范围，选定并设置 IP 地址。

在整个集群中，每个 Service 的 ClusterIP 都必须是唯一的。 尝试使用已分配的 ClusterIP 创建 Service 将返回错误。

二、预留Service的ClusterIP

有时可能希望 Services 在众所周知的 IP 上面运行，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 Service。作为一种非强制性的约定，一些 Kubernetes 安装程序 将 Service IP 范围中的第 10 个 IP 地址分配给 DNS 服务。假设将集群的 Service IP 范围配置为 10.96.0.0/16，并且希望 DNS Service IP 为 10.96.0.10，则必须创建如下 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

但如前所述，IP 地址 10.96.0.10 尚未被保留，如果在 DNS 启动之前或同时采用动态分配机制创建其他 Service， 则它们有可能被分配此 IP，因此，将无法创建 DNS Service，因为它会因冲突错误而失败。

三、避免Service ClusterIP冲突

Kubernetes 中用来将 ClusterIP 分配给 Service 的分配策略降低了冲突的风险。ClusterIP 范围根据公式 min(max(16, cidrSize / 16), 256) 进行划分， 描述为不小于 16 且不大于 256，并在二者之间有一个渐进的步长。

默认情况下，动态 IP 分配使用地址较高的一段，一旦用完，它将使用较低范围。 这将允许用户在冲突风险较低的较低地址段上使用静态分配。

示例1：

此示例使用 IP 地址范围：10.96.0.0/24（CIDR 表示法）作为 Service 的 IP 地址。

• 范围大小：28 - 2 = 254
• 带宽偏移量：min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16
• 静态带宽起始地址：10.96.0.1
• 静态带宽结束地址：10.96.0.16
• 范围结束地址：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 Service 的 IP 地址。

• 范围大小：212 - 2 = 4094
• 带宽偏移量：min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256
• 静态带宽起始地址：10.96.0.1
• 静态带宽结束地址：10.96.1.0
• 范围结束地址：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 Service 的 IP 地址。

• 范围大小：216 - 2 = 65534
• 带宽偏移量：min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256
• 静态带宽起始地址：10.96.0.1
• 静态带宽结束地址：10.96.1.0
• 范围结束地址：10.96.255.254