k8s中service概述（二）NodePort

NodePort 是 Kubernetes 中一種用于對外暴露服務的 Service 類型。它通過在集群的每個節點上開放一個靜態端口（NodePort），使得外部用戶可以通過節點的 IP 地址和該端口訪問集群內部的服務。以下是關于 NodePort Service 的詳細說明：

1. NodePort 的核心功能

  • 外部訪問：NodePort 允許外部用戶通過集群中任意節點的 IP 地址和指定的端口訪問服務。

  • 端口映射：NodePort 會在每個節點上開放一個靜態端口（默認范圍是 30000-32767），并將該端口的流量轉發到后端的 Pod。

  • 負載均衡：與 ClusterIP 類似，NodePort 也會自動將流量負載均衡到后端的多個 Pod。

  • 集群內部訪問：NodePort Service 也會分配一個 ClusterIP，因此集群內部仍然可以通過 ClusterIP 訪問服務。

2. NodePort 的工作原理

NodePort 的實現依賴于 Kubernetes 的網絡模型和核心組件：

  1. Service 創建：

    • 當創建一個 NodePort Service 時，Kubernetes 會為其分配一個 ClusterIP，并在每個節點上開放一個靜態端口（NodePort）。

    • NodePort 的默認范圍是 30000-32767，但可以手動指定。

  2. Endpoints 創建：

    • 與 ClusterIP 類似，Kubernetes 會自動創建與 Service 同名的 Endpoints 對象，其中包含所有匹配 selector 的 Pod 的 IP 和端口。

  3. kube-proxy 的作用：

    • 每個節點上的 kube-proxy 組件會監聽 Service 和 Endpoints 的變化。

    • kube-proxy 通過以下方式實現流量轉發：

      • iptables 模式：在節點上配置 iptables 規則，將流量從 NodePort 轉發到后端 Pod。

      • IPVS 模式：使用更高效的 IPVS 實現流量轉發。

    • 無論使用哪種模式，kube-proxy 都會確保流量被正確負載均衡到后端 Pod。

  4. 外部訪問：

    • 外部用戶可以通過任意節點的 IP 地址和 NodePort 訪問服務。

    • 例如，如果 NodePort 為 31000，節點的 IP 地址為 192.168.1.100，則外部用戶可以通過 http://192.168.1.100:31000 訪問服務。

3. NodePort 的配置示例

以下是一個典型的 NodePort Service 的 YAML 配置文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-service  # Service 名稱namespace: default  # 命名空間，默認為 default
spec:type: NodePort  # Service 類型selector:app: my-app  # 選擇標簽為 app=my-app 的 Podports:- protocol: TCP  # 協議類型，支持 TCP、UDP、SCTPport: 80  # Service 暴露的端口targetPort: 9376  # 后端 Pod 的端口nodePort: 31000  # 手動指定的 NodePort，范圍為 30000-32767

  • selector：用于選擇后端 Pod，只有匹配標簽的 Pod 才會被納入 Service 的后端。

  • ports：

    • port：Service 暴露的端口，集群內的其他服務通過該端口訪問 Service。

    • targetPort：后端 Pod 實際監聽的端口。

    • nodePort：手動指定的 NodePort，范圍為 30000-32767。如果不指定，Kubernetes 會自動分配一個可用的端口。

  • type：Service 類型，這里設置為 NodePort。

4. NodePort 的使用場景

NodePort 適用于以下場景：

  1. 開發和測試環境：

    • 在開發和測試環境中，NodePort 可以快速暴露服務，方便外部訪問和調試。

  2. 小型生產環境：

    • 在小型生產環境中，如果沒有負載均衡器，可以使用 NodePort 暴露服務。

  3. 特殊需求：

    • 某些場景下，可能需要直接通過節點的 IP 地址訪問服務，例如某些網絡設備或舊系統。

  4. 與 LoadBalancer 結合使用：

    • 在云環境中，NodePort 通常與 LoadBalancer 結合使用，LoadBalancer 會將外部流量導入 NodePort。

5. NodePort 的優缺點

優點：

  • 簡單易用，快速暴露服務。

  • 不需要額外的負載均衡器，適合小型環境。

  • 可以在任意節點上訪問服務，具有較高的可用性。

缺點：

  • 端口范圍有限（30000-32767），可能與現有服務沖突。

  • 直接暴露節點的 IP 地址，可能存在安全風險。

  • 需要手動管理節點的 IP 地址，不適合大規模生產環境。

6. NodePort 的調試和排查

  1. 查看 Service 信息：

    kubectl get svc <service-name>

    輸出示例：

    NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
my-service   NodePort    10.96.123.45    <none>        80:31000/TCP   5m

  2. 查看 Endpoints：

    kubectl get endpoints <service-name>

    輸出示例：

    NAME         ENDPOINTS                         AGE
my-service   10.244.1.2:9376,10.244.2.3:9376   5m

  3. 檢查節點端口：

    • 登錄到節點，檢查 NodePort 是否正常開放：

      netstat -tuln | grep 31000

  4. 檢查 kube-proxy 和 iptables/IPVS 規則：

    • 登錄到節點，檢查 iptables 或 IPVS 規則是否正常配置。

7. 總結

NodePort 是 Kubernetes 中用于對外暴露服務的 Service 類型，它通過在集群的每個節點上開放一個靜態端口，使得外部用戶可以通過節點的 IP 地址和該端口訪問集群內部的服務。NodePort 簡單易用，適合開發和測試環境，但在生產環境中通常需要結合 LoadBalancer 或 Ingress 使用，以提供更高的可用性和安全性。

使用 NodePort 暴露 Nginx 服務的示例

以下是一個完整的示例，展示如何在 Kubernetes 中使用 NodePort Service 暴露一個 Nginx 服務。這個示例包括：

  1. 部署一個 Nginx Pod。

  2. 創建一個 NodePort Service 來暴露 Nginx 服務。

1. 創建 Nginx 部署

首先，創建一個 Deployment 來運行 Nginx Pod。以下是一個簡單的 YAML 文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-deployment  # 部署名稱labels:app: nginx  # 標簽，用于 Service 選擇
spec:replicas: 3  # 副本數selector:matchLabels:app: nginx  # 選擇器，匹配 Pod 標簽template:metadata:labels:app: nginx  # Pod 標簽spec:containers:- name: nginx  # 容器名稱image: nginx:latest  # 使用官方 Nginx 鏡像ports:- containerPort: 80  # 容器監聽的端口

將上述內容保存為 nginx-deployment.yaml，然后使用以下命令創建 Deployment：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
2. 創建 NodePort Service

接下來，創建一個 NodePort Service 來暴露 Nginx 服務。以下是一個簡單的 YAML 文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-service  # Service 名稱
spec:type: NodePort  # Service 類型selector:app: nginx  # 選擇標簽為 app=nginx 的 Podports:- protocol: TCP  # 協議類型port: 80  # Service 暴露的端口targetPort: 80  # 后端 Pod 的端口nodePort: 30080  # 手動指定的 NodePort，范圍為 30000-32767

將上述內容保存為 nginx-service.yaml，然后使用以下命令創建 Service：

kubectl apply -f nginx-service.yaml
3. 驗證部署和 Service

  1. 查看 Deployment 狀態：

    kubectl get deployments

    輸出示例：

  2. 查看 Pod 狀態：

    kubectl get pods

  3. 查看 Service 狀態：

    kubectl get svc nginx-service
4. 訪問 Nginx 服務

  1. 獲取節點的 IP 地址：

    使用kubect get nodes -o wide獲取節點信息

    • 輸出示例：
    • 可以發現節點ip

    • 如果你在云環境或物理機中，可以使用節點的公網或內網 IP。

  2. 通過 NodePort 訪問 Nginx：

    • 打開瀏覽器，訪問 http://<NodeIP>:30080。

    • 例如，如果節點 IP 是 192.168.30.130，則訪問 http://192.168.30.130:30080。

    • 你應該會看到 Nginx 的默認歡迎頁面。

    • 可以在外部瀏覽器看到ngnix的頁面

5. 清理資源

完成測試后，可以刪除 Deployment 和 Service：

kubectl delete -f nginx-deployment.yaml
kubectl delete -f nginx-service.yaml

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