深入解析 Kubernetes Service（SVC）网络

在 Kubernetes（k8s）集群中，Pod 是最小的可部署单元，但 Pod 的生命周期是短暂的，IP 也是动态分配的。这种特性导致 Pod 之间的网络通信变得复杂。为了解决这个问题，Kubernetes 引入了 Service（SVC） 资源，它充当一组 Pod 的稳定访问入口，使得集群内部或外部的访问更加高效和稳定。

本文将深入探讨 Kubernetes Service 的网络机制、不同类型及其应用场景。

为什么需要 Service？

Kubernetes 中 Pod 可能会被频繁销毁和重建，每次重新创建时，其 IP 地址都会改变。例如，一个微服务架构的 Web 应用，frontend 需要访问 backend，但 backend 的 Pod IP 是动态变化的，frontend 无法始终知道 backend 的最新 IP。Service 解决了这个问题，提供了一个 稳定的访问方式：

Service 具有 固定的 Cluster IP，不会因 Pod 变化而变化。
Service 通过 标签选择器（Label Selector） 发现匹配的 Pod，并自动负载均衡。
Service 还可以暴露到集群外部，让外部应用访问 Kubernetes 内部的服务。

Kubernetes Service 主要组成部分

一个 Service 由以下关键部分组成：

组件	作用
`selector`	通过 Label 选择匹配的 Pod
`clusterIP`	Service 的内部 IP 地址（默认自动分配）
`ports`	定义 Service 暴露的端口
`type`	Service 的类型，决定了其访问方式
`endpoints`	记录了与 Service 关联的 Pod 的 IP 和端口

Kubernetes Service 类型

类型的对比表格

Service 类型	作用	访问方式	适用场景
ClusterIP（默认）	仅在集群内部访问，提供稳定的服务发现	`http://my-service.default.svc.cluster.local`	集群内部通信（如微服务间调用）
NodePort	在每个 Node 上开放一个固定端口，供外部访问	`http://<NodeIP>:<NodePort>`	小规模外部访问，如开发测试
LoadBalancer	在云环境中创建外部负载均衡器，自动分配外部 IP	`http://<External-IP>:<Port>`	生产环境对外提供服务
ExternalName	代理 Kubernetes 内部流量到外部域名	`http://my-database.default.svc.cluster.local`	访问外部数据库或 API

ClusterIP（默认类型）

作用：只在 集群内部 访问，提供稳定的内部服务发现。
适用场景：集群内部服务通信，例如 backend 访问 database。

示例 YAML：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
  type: ClusterIP

port: 80：Service 暴露的端口。
targetPort: 8080：Pod 内部监听的端口。

访问方式：

curl http://my-service.default.svc.cluster.local

NodePort

作用：通过每个 Node 的 固定端口（30000-32767）访问，适用于集群外部访问。
适用场景：用于 临时外部访问，例如开发环境调试或小规模部署。

示例 YAML：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
      nodePort: 30080
  type: NodePort

访问方式：
```
curl http://<NodeIP>:30080
```

LoadBalancer

作用：在云环境（如 AWS、GCP、Azure）中，自动创建外部负载均衡器，适用于 生产环境。
适用场景：用于对外暴露的服务，如 Web 服务器、API 服务器。

示例 YAML：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
  type: LoadBalancer

访问方式：获取 LoadBalancer 分配的外部 IP：
```
kubectl get svc my-service
```

ExternalName

作用：用于将 Kubernetes 内部流量 代理到外部域名，类似于 DNS 记录。
适用场景：例如将 my-database Service 映射到外部 db.example.com。

示例 YAML：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-database
spec:
  type: ExternalName
  externalName: db.example.com

访问方式：

curl http://my-database.default.svc.cluster.local

Service 的解析与访问机制

Service DNS 解析

Kubernetes 内置了 DNS 解析服务，支持以下格式的域名访问：

<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local

例如：

my-service.default.svc.cluster.local

此 DNS 解析由 CoreDNS 组件管理，Pod 内部可以直接使用 curl my-service 访问。

Service 负载均衡原理

当请求发送到 Service 时，Kubernetes 通过 iptables 或 IPVS 进行负载均衡：

iptables（默认）：
- 创建 NAT 规则，将请求随机转发到某个 Pod。
- 适用于 小规模集群，性能较好。
IPVS（高性能）：
- 采用 哈希表 管理规则，性能比 iptables 更优。
- 适用于 大规模集群，如万级 Pod 部署。

要启用 IPVS：

kubectl edit configmap -n kube-system kube-proxy

修改 mode: ipvs，然后重启 kube-proxy。

Service 与 Ingress 的区别

特性	Service	Ingress
作用	连接 Pod 之间的网络	连接外部流量与内部 Service
访问方式	ClusterIP, NodePort, LoadBalancer	通过 Ingress Controller 代理
负载均衡	Kubernetes 自带	需要 Ingress Controller
适用场景	内部通信，或对外简单暴露	复杂路由、SSL 终结