ServiceのClusterIPの割り当て

Kubernetesでは、ServiceはPodの集合上で実行しているアプリケーションを抽象的に公開する方法です。Serviceはクラスター内で仮想IPアドレス(type: ClusterIPのServiceを使用)を持つことができます。クライアントはその仮想IPアドレスを使用してServiceに接続することができます。そしてKubernetesは、そのServiceへのトラフィックを異なる背後のPod間で負荷分散します。

どのようにServiceのClusterIPが割り当てられるのか？

KubernetesがServiceに仮想IPアドレスを割り当てる必要がある場合、2つの方法の内どちらかの方法で行われます:

動的割り当て
クラスターのコントロールプレーンは自動的にtype: ClusterIPのServiceのために設定されたIP範囲の中から未割り当てのIPアドレスを選びます。
静的割り当て
Serviceのために設定されたIP範囲の中から自身でIPアドレスを選びます。

クラスター全体を通して、ServiceのClusterIPはユニークでなければいけません。割り当て済みのClusterIPを使用してServiceを作成しようとするとエラーが返ってきます。

なぜServiceのClusterIPを予約する必要があるのか？

時には、クラスター内の他のコンポーネントやユーザーが利用できるように、Serviceをよく知られたIPアドレスで実行したい場合があります。

その最たる例がクラスターのDNS Serviceです。慣習として、一部のKubernetesインストーラーはServiceのIP範囲の10番目のIPアドレスをDNS Serviceに割り当てます。ServiceのIP範囲を10.96.0.0/16とするクラスターを構成し、DNS ServiceのIPを10.96.0.10にするとします。この場合、下記のようなServiceを作成する必要があります。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    k8s-app: kube-dns
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    kubernetes.io/name: CoreDNS
  name: kube-dns
  namespace: kube-system
spec:
  clusterIP: 10.96.0.10
  ports:
  - name: dns
    port: 53
    protocol: UDP
    targetPort: 53
  - name: dns-tcp
    port: 53
    protocol: TCP
    targetPort: 53
  selector:
    k8s-app: kube-dns
  type: ClusterIP

しかし、前述したように10.96.0.10のIPアドレスは予約されていません。他のServiceが動的割り当てよりも前に、または同時に作成された場合、このIPアドレスがそのServiceに割り当てられる可能性があります。その場合、競合エラーで失敗しDNS Serviceを作成することができません。

どのようにServiceのClusterIPの競合を回避するのか？

Kubernetesで実装されているServiceへのClusterIPの割り当て戦略は、衝突リスクを軽減します。

ClusterIPの範囲は、min(max(16, cidrSize / 16), 256)という式に基づいて分割されます。最小で16、最大でも256で、その範囲内で段階的に変化する ように表されます。

動的IP割り当てはデフォルトで上位の帯域を使用し、それが使い切られると下位の範囲を使用します。これにより、ユーザーは下位の帯域を使用して静的な割り当てを行うことができ、衝突のリスクを抑えることができます。

例

例1

この例ではServiceのIPアドレスとして、10.96.0.0/24(CIDR表記法)のIPアドレスの範囲を使用します。

範囲の大きさ: 28 - 2 = 254 帯域のオフセット(開始位置): min(max(16, 256/16), 256) = min(16, 256) = 16 静的割り当ての帯域の開始: 10.96.0.1 静的割り当ての帯域の終了: 10.96.0.16 範囲の終了: 10.96.0.254

pie showData title 10.96.0.0/24 "静的割り当て" : 16 "動的割り当て" : 238

例2

この例では、ServiceのIPアドレスとして、10.96.0.0/20(CIDR表記法)のIPアドレスの範囲を使用します。

範囲の大きさ: 212 - 2 = 4094 帯域のオフセット(開始位置): min(max(16, 4096/16), 256) = min(256, 256) = 256 静的割り当ての帯域の開始: 10.96.0.1 静的割り当ての帯域の終了: 10.96.1.0 範囲の終了: 10.96.15.254

pie showData title 10.96.0.0/20 "静的割り当て" : 256 "動的割り当て" : 3838

例3

この例ではServiceのIPアドレスとして、10.96.0.0/16(CIDR表記法)のIPアドレスの範囲を使用します。

範囲の大きさ: 216 - 2 = 65534 帯域のオフセット(開始位置): min(max(16, 65536/16), 256) = min(4096, 256) = 256 静的割り当ての帯域の開始: 10.96.0.1 静的割り当ての帯域の終了: 10.96.1.0 範囲の終了: 10.96.255.254

pie showData title 10.96.0.0/16 "静的割り当て" : 256 "動的割り当て" : 65278

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最終更新 December 15, 2024 at 6:24 PM PST: Merge pull request #49087 from Arhell/es-link (2c4497f)