k8s服务注册发现

Service 是将运行在一个或一组pod上的网络应用程序公开为网络服务的方法。

定义service前端为service名称、ip、端口等不变的部分，后端为符合标签选择的pod集合

注册

通过api server提交注册service请求到DNS
service随后得到clusterIP（虚拟ip地址）
在集群内传播service配置
集群DNS服务获知该service后，创建必要的DNS记录

service类型

Headless: 直接采用DNS解析做负载均衡，没有kube-proxy，也没有cluster ip
ClusterIP: 通过集群ip暴露服务，在域名解析之后会交由kube-proxy进行处理，并分发到pod。
NodePort: 通过每个节点ip和静态端口暴露服务。这意味着可以暴露服务给外界
LoadBalancer: 向外暴露服务的外部负载均衡器
ExternalName: 映射服务和DNS（无代理）

Headless

无负载均衡和clusterIP，可以采用非k8s提供的服务发现机制。此时该服务域名解析结果就是所有关联的pod ip，请求直达pod，此时仅用了DNS解析做负载均衡，而没有利用到k8s内置的kube-proxy

在这里插入图片描述

该种方式足够简单，请求链路短。但由于DNS缓存问题，可能会导致DNS服务器压力山大，或者缓存时间过长，导致服务地址没有得到即使更新

clusterIP

通过集群内部IP暴露服务。从集群ip地址池中分配，是默认类型，nodePort、loadBalancer类型也是基于此

在这里插入图片描述

相比于headless模式不同之处在于域名解析之后会交由kube-proxy进行处理，并分发到pod。

优势在于避免了直接DNS解析中存在的问题，弊端在于将压力给到了kube-proxy

NodePort

通过每个节点ip和静态端口暴露服务。

从宿主机选择端口分配给某个服务，因此外界也能通过主机和端口进行访问（但仍然要通过kube-proxy进行转发）

在这里插入图片描述

优势在于暴露功能到集群外；弊端在于端口数量、选择范围有限以及依然对kube-proxy造成了压力

LoadBalancer

向外暴露的负载均衡。需要第三方支持

以下以openELB为例

拓扑描述如下: 由两个 Pods 支持的服务部署在 Kubernetes 集群中，并为外部访问分配一个 IP 地址172.22.0.2。安装在 Kubernetes 集群中的 OpenELB 与 BGP 路由器建立一个 BGP 连接，并发布指向 BGP 路由器的服务路由。

当外部客户端机器试图访问服务时，BGP 路由器负载根据从 OpenELB 获得的路由平衡master、worker1和worker2节点之间的通信量。在服务流量到达一个节点之后，kube 代理可以进一步将流量转发到其他节点进行负载平衡(Pod 1和 Pod 2都可以通过 kube 代理到达)。

在这里插入图片描述

ExternalName

ExternalName映射service到DNS name，而不是诸如my-service、cassandra的典型选择器。

比如在查找my-service.prod.svc.cluster主机时：在本地，集群DNS服务返回一个CNAME记录，值为my.database.example.com。访问my-service的方式与其他服务相同，但有一个关键的区别，重定向发生在DNS级别，而不是通过代理或转发。

service代理模式

userspace: 最初的模式，将代理交给了用户空间的kube-proxy，但是网络请求的其他处理却仍然在内核空间iptables，效率较低
iptables: 将代理也交给了内核空间的iptables
ipvs: 和iptables一样也是基于netfilter，但使用了hash表，这意味着性能将会更高

userspace

当客户端请求到达内核空间iptables后，将请求转发给用户空间监听的kube-proxy端口
kube-proxy处理选择后，转发给pod

由于频繁切换用户空间和内核空间，性能损耗较大，因此已经被废弃

iptables

在这种模式下，kube 代理监视 Kubernetes 控制平面以添加和删除 Service 和 EndpointSlice 对象。

对于每个服务，它安装 iptables 规则，这些规则捕获到服务的集群 IP 和端口的流量，并将该流量重定向到服务的一个后端pod集。对于每个endpoint，它安装 iptables 规则，这些规则选择一个后端 Pod。

默认情况下，iptables 模式下的 kube-proxy 会随机选择一个后端。使用 iptables 处理流量具有较低的系统开销，因为流量由 Linux netfilter 处理，不需要在用户空间和内核空间之间切换。这种方法也可能更可靠。

如果 kube-proxy 在 iptables 模式下运行，并且选择的第一个 Pod 没有响应，则连接失败。这与旧的用户空间模式不同: 在这种情况下，kube-proxy 将检测到与第一个 Pod 的连接失败，并自动使用不同的后端 Pod 重试。您可以使用 Pod 准备状态探测来验证后端 Pods 是否正常工作，这样，iptables 模式下的 kube-proxy 只能看到测试结果为健康的后端。这样做意味着您可以避免通过 kube 代理将流量发送到已知失败的 Pod。

ipvs

在 IPVS 模式下，kube 代理监视 Kubernetes Services 和 EndpointSlices，调用 netlink 接口来创建相应的 IPVS 规则，并定期将 IPVS 规则与 Kubernetes Services 和 EndpointSlices 同步。此控制循环确保 IPVS 状态与所需状态匹配。

当访问一个服务时，IPVS 将流量引导到一个后端 Pods。IPVS 代理模式基于 netfilter 钩子函数，类似于 iptables 模式，但使用哈希表作为底层数据结构，并在内核空间中工作。这意味着在 IPVS 模式下的 kube 代理比在 iptables 模式下的 kube 代理具有更低的延迟重定向流量，在同步代理规则时具有更好的性能。与其他代理模式相比，IPVS 模式还支持更高的网络流量吞吐量。

。此外，ipvs为负载均衡算法提供了更多选项，例如：

rr：轮询调度
lc：最小连接数
dh：目标哈希
sh：源哈希
sed：最短期望延迟
nq：不排队调度

发现

DNS 发现：支持集群的 DNS 服务器（例如 CoreDNS）监视 Kubernetes API 中的新 Service，并为每个 Service 创建一组 DNS 记录。如果在整个集群中都启用了 DNS，则所有 Pod 都应该能够通过 DNS 名称自动解析 Service。
环境变量：当 Pod 运行在某 Node 上时，kubelet 会为每个活跃的 Service 添加一组环境变量

Ref

https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/
https://tinychen.com/20220627-k8s-09-service-discovery-and-traffic-exposure/
https://openelb.io/docs/concepts/bgp-mode/
https://kubernetes.io/docs/reference/networking/virtual-ips/