k8s|k8s 服务拓扑设置定向流量有哪些常见场景()

k8s 服务拓扑设置定向流量有哪些常见场景?

面试官:"说说你对Kubernetes 网络模型的理解?设计这种网络模型有什么好处?"

面试官:"Kubernetes 网络主要解决哪四方面的问题?"

面试官:"k8s利用服务拓扑的流量路由策略来设置定向流量,拓扑键的匹配规则是什么?"

面试官:"日常使用拓扑键有什么约束?"

面试官:"简单说说服务拓扑设置定向流量有哪些常见场景?试举例说明?"

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囧么肥事-胡说八道
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说说你对Kubernetes 网络模型的理解?设计这种网络模型有什么好处?
集群网络系统是 Kubernetes 的核心部分,Kubernetes 的宗旨就是在应用之间共享机器。
【k8s|k8s 服务拓扑设置定向流量有哪些常见场景()】要解决的问题?
通常来说,共享机器需要两个应用之间不能使用相同的端口,但是在多个应用开发者之间 去大规模地协调端口是件很困难的事情,尤其是还要让用户暴露在他们控制范围之外的集群级别的问题上。
动态分配端口也会给系统带来很多复杂度 - 每个应用都需要设置一个端口的参数, 而 API 服务器还需要知道如何将动态端口数值插入到配置模块中,服务也需要知道如何找到对方等等。
针对这些问题,Kubernetes设计了一种干净的、向后兼容的网络模型,即 IP-per-pod 模型。怎么说?
首先,Kubernetes 强制规定了一种简单粗暴的网络模型设计基础原则:每个 Pod 都拥有一个独立的 IP 地址。
Kubernetes 强制要求所有网络设施都满足以下基本要求(从而排除了有意隔离网络的策略):
节点上的 Pod 可以不通过 NAT 和其他任何节点上的 Pod 通信

节点上的代理(比如:系统守护进程、kubelet)可以和节点上的所有 Pod 通信

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另外,对于支持在主机网络中运行 Pod 的平台(比如:Linux):
运行在节点主机网络里的 Pod 可以不通过 NAT 和所有节点上的 Pod 通信

需要注意的是:在K8S集群中,IP地址分配是以Pod对象为单位,而非容器,同一Pod内的所有容器共享同一网络名称空间。
Kubernetes 的 IP 地址存在于 Pod 范围内 - 容器共享它们的网络命名空间 - 包括它们的 IP 地址和 MAC 地址
这意味着什么?
意味着 k8s 假定所有 Pod 都在一个可以直接连通的、扁平的网络空间中

也就是说,无论容器运行在集群中的哪个节点,所有容器之间都能通过一个扁平的网络平面进行通信。不管它们是否运行在同一个 Node节点 (宿主机) 上,都要求它们可以直接通过对方的 IP 进行访问。每一个 Pod 都有它自己的IP地址, 好处就是你不需要再显式地在 Pod 之间创建链接, 几乎不需要处理容器端口到主机端口之间的映射。
从端口分配、命名、服务发现、负载均衡、应用配置和迁移的角度来看在这个模型,所有的 Pod 都可以被视作虚拟机或者物理主机。
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Kubernetes 网络主要解决哪四方面的问题?
首先,k8s的架构体系决定了在K8S上的网络通信四大类:
  • 第一类:高度耦合的容器之间的通信:同一个Pod内的多个容器之间通过本地回路(loopback)通信。
  • 第二类:Pod之间的通信:集群网络在不同 pod 之间通过Pod IP地址进行通信。
  • 第三类:Pod和Service之间的通信:Pod IP地址和Service IP进行通信,两者并不属于同一网络,使用 Services 来发布仅供集群内部使用的服务,实现方式是通过IPVS或iptables规则转发。
  • 第四类:Service和集群外部客户端之间的通信,Service 允许对外暴露 Pods 中运行的应用程序,以支持来自于集群外部的访问,实现方式:Ingress、NodePort、Loadbalance
k8s利用服务拓扑的流量路由策略来设置定向流量,拓扑键的匹配规则是什么?
在说拓扑键的匹配规则之前,先了解下什么是服务拓扑的流量路由策略?
服务拓扑(Service Topology)可以让一个服务基于集群的 Node 拓扑进行流量路由。
例如,一个服务可以指定流量是被优先路由到一个和客户端在同一个 Node 或者在同一可用区域的端点。
默认情况下,发往 ClusterIP 或者 NodePort 服务的流量可能会被路由到服务的任一后端的地址。
Kubernetes 1.7 允许将“外部”流量路由到接收到流量的 节点上的 Pod。对于 ClusterIP 服务,无法完成同节点优先的路由,你也无法配置集群优选路由到同一可用区中的端点。
流量路由拓扑策略理解
通过在 Service 上配置 topologyKeys,对源和目的之间的标签匹配,可以基于来源节点和目标节点的标签来定义流量路由策略。
对于拓扑键,可以根据节点间彼此“较近”和“较远” 来定义节点集合,可以基于符合自身需求的任何度量值来定义标签,来匹配定向流量。
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使用服务拓扑,拓扑键的匹配规则是什么?
如果集群启用了 ServiceTopology特性, 你就可以在 Service 规约中设定 topologyKeys 字段,从而控制其流量路由。 此字段是 Node 标签的优先顺序字段,将用于在访问这个 Service 时对端点进行排序。 流量会被定向到第一个标签值和源 Node 标签值相匹配的 Node。 如果这个 Service 没有匹配的后端 Node,那么第二个标签会被使用做匹配, 以此类推,直到没有标签。
如果没有匹配到,流量会被拒绝,就如同这个 Service 根本没有后端。 换言之,系统根据可用后端的第一个拓扑键来选择端点。 如果这个字段被配置了而没有后端可以匹配客户端拓扑,那么这个 Service 对那个客户端是没有后端的,链接应该是失败的。 这个字段配置为 "*" 意味着任意拓扑。 这个通配符值如果使用了,那么只有作为配置值列表中的最后一个才有用。
如果 topologyKeys 没有指定或者为空,就没有启用这个拓扑约束。
拓扑键有什么约束?
拓扑键的约束,其实就是使用拓扑键需要注意规避的一些原则,在规则上更好的实现流量控制:
  • 服务拓扑和 externalTrafficPolicy=Local 是不兼容的,所以 Service 不能同时使用这两种特性。 但是在同一个集群的不同 Service 上是可以分别使用这两种特性的,只要不在同一个 Service 上就可以。
  • 有效的拓扑键目前只有:kubernetes.io/hostnametopology.kubernetes.io/zonetopology.kubernetes.io/region,但是未来会推广到其它的 Node 标签。
  • 拓扑键必须是有效的标签,并且最多指定16个。
  • 通配符:"*",如果要用,则必须是拓扑键值的最后一个值。
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简单说说服务拓扑设置定向流量有哪些常见场景?试举例说明?
在一个集群中,其 Node 的标签被打为其主机名,区域名和地区名。 那么就可以设置 ServicetopologyKeys 的值,控制流量路由。
例如,在公有云上,你可能更偏向于把流量控制在同一区内,因为区间流量是有费用成本的, 而区内流量则没有。
常见需求还包括把流量路由到由 DaemonSet 管理的本地 Pod 上,或者把将流量转发到连接在同一机架交换机的节点上,以获得低延时。
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以下是使用服务拓扑功能的一些经典的常见示例
  • 第一种:仅路由到节点本地端点,如果节点上不存在端点,流量则被丢弃,只定向到同一个 Node 上的端点,Node 上没有端点存在时就失败: 配置 ["kubernetes.io/hostname"]
  • 第二种:首先节点本地端点,如果节点本地端点不存在,则回退到集群范围端点:配置["kubernetes.io/hostname", "*"]
  • 第三种:偏向定向到同一个 Node 上的端点,回退同一区域的端点上,然后是同一地区, 其它情况下就失败。 例如,数据局部性很重要的情况下或许就很有用:配置 ["kubernetes.io/hostname", "topology.kubernetes.io/zone", "topology.kubernetes.io/region"]
  • 第四种:偏向于同一区域,但如果此区域中没有可用的终结点,则回退到任何可用的终结点: 配置 ["topology.kubernetes.io/zone", "*"]
  • 第五种:仅地域或区域端点,首选地域端点而不是区域端点的一种服务, 如果以上两种范围内均不存在端点, 流量则被丢弃。配置:["topology.kubernetes.io/zone", "topology.kubernetes.io/region"]
  • 第六种:优先选择节点本地端点、地域端点,然后是区域端点,最后才是集群范围端点。配置: ["kubernetes.io/hostname", "topology.kubernetes.io/zone", "topology.kubernetes.io/region", "*"]
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