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Kubernetes 1.27:为 NodePort Service 分配端口时避免冲突
作者: Xu Zhenglun (Alibaba)
译者: Michael Yao (DaoCloud)
在 Kubernetes 中,对于以一组 Pod 运行的应用,Service 可以为其提供统一的流量端点。
客户端可以使用 Service 提供的虚拟 IP 地址(或 VIP)进行访问,
Kubernetes 为访问不同的后端 Pod 的流量提供负载均衡能力,
但 ClusterIP 类型的 Service 仅限于供集群内的节点来访问,
而来自集群外的流量无法被路由。解决这个难题的一种方式是使用 type: NodePort
Service,
这种服务会在集群所有节点上为特定端口建立映射关系,从而将来自集群外的流量重定向到集群内。
Kubernetes 如何为 Services 分配节点端口?
当 type: NodePort
Service 被创建时,其所对应的端口将以下述两种方式之一分配:
动态分配:如果 Service 类型是
NodePort
且你没有为 Service 显式设置nodePort
值, Kubernetes 控制面将在创建时自动为其分配一个未使用的端口。静态分配:除了上述动态自动分配,你还可以显式指定 nodeport 端口范围配置内的某端口。
你手动分配的 nodePort
值在整个集群范围内一定不能重复。
如果尝试在创建 type: NodePort
Service 时显式指定已分配的节点端口,将产生错误。
为什么需要保留 NodePort Service 的端口?
有时你可能想要 NodePort Service 运行在众所周知的端口上, 便于集群内外的其他组件和用户可以使用这些端口。
在某些复杂的集群部署场景中在同一网络上混合了 Kubernetes 节点和其他服务器,
可能有必要使用某些预定义的端口进行通信。尤为特别的是,某些基础组件无法使用用来支撑
type: LoadBalancer
Service 的 VIP,因为针对集群实现的虚拟 IP 地址映射也依赖这些基础组件。
现在假设你需要在 Kubernetes 上将一个 Minio 对象存储服务暴露给运行在 Kubernetes 集群外的客户端,
协商后的端口是 30009
,我们需要创建以下 Service:
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: minio
spec:
ports:
- name: api
nodePort: 30009
port: 9000
protocol: TCP
targetPort: 9000
selector:
app: minio
type: NodePort
然而如前文所述,如果 minio
Service 所需的端口 (30009) 未被预留,
且另一个 type: NodePort
(或者也包括 type: LoadBalancer
)Service
在 minio
Service 之前或与之同时被创建、动态分配,TCP 端口 30009 可能被分配给了这个 Service;
如果出现这种情况,minio
Service 的创建将由于节点端口冲突而失败。
如何才能避免 NodePort Service 端口冲突?
Kubernetes 1.24 引入了针对 type: ClusterIP
Service 的变更,将集群 IP 地址的 CIDR
范围划分为使用不同分配策略的两块来减少冲突的风险。
在 Kubernetes 1.27 中,作为一个 Alpha 特性,你可以为 type: NodePort
Service 采用类似的策略。
你可以启用新的特性门控
ServiceNodePortStaticSubrange
。开启此门控将允许你为
type: NodePort
Service 使用不同的端口分配策略,减少冲突的风险。
NodePort
的端口范围将基于公式 min(max(16, 节点端口数 / 32), 128)
进行划分。
这个公式的结果将是一个介于 16 到 128 的数字,随着节点端口范围变大,步进值也会变大。
此公式的结果决定了静态端口范围的大小。当端口范围小于 16 时,静态端口范围的大小将被设为 0,
这意味着所有端口都将被动态分配。
动态端口分配默认使用数值较高的一段,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端口段上使用静态分配。
示例
默认范围:30000-32767
范围属性 | 值 |
---|---|
service-node-port-range | 30000-32767 |
分段偏移量 | min(max(16, 2768/32), 128) = min(max(16, 86), 128) = min(86, 128) = 86 |
起始静态段 | 30000 |
结束静态段 | 30085 |
起始动态段 | 30086 |
结束动态段 | 32767 |
超小范围:30000-30015
范围属性 | 值 |
---|---|
service-node-port-range | 30000-30015 |
分段偏移量 | 0 |
起始静态段 | - |
结束静态段 | - |
起始动态段 | 30000 |
动态动态段 | 30015 |
小(下边界)范围:30000-30127
范围属性 | 值 |
---|---|
service-node-port-range | 30000-30127 |
分段偏移量 | min(max(16, 128/32), 128) = min(max(16, 4), 128) = min(16, 128) = 16 |
起始静态段 | 30000 |
结束静态段 | 30015 |
起始动态段 | 30016 |
结束动态段 | 30127 |
大(上边界)范围:30000-34095
范围属性 | 值 |
---|---|
service-node-port-range | 30000-34095 |
分段偏移量 | min(max(16, 4096/32), 128) = min(max(16, 128), 128) = min(128, 128) = 128 |
起始静态段 | 30000 |
结束静态段 | 30127 |
起始动态段 | 30128 |
结束动态段 | 34095 |
超大范围:30000-38191
范围属性 | 值 |
---|---|
service-node-port-range | 30000-38191 |
分段偏移量 | min(max(16, 8192/32), 128) = min(max(16, 256), 128) = min(256, 128) = 128 |
起始静态段 | 30000 |
结束静态段 | 30127 |
起始动态段 | 30128 |
结束动态段 | 38191 |