Мережа в випадковому дата-центрі
Мережна архітектура вашого додатка в Kubernetes значною мірою залежить від правильного вибору типу сервісу. Вибір між nodeport та clusterip є одним з найбільш поширених рішень, з якими стикаються команди під час розгортання додатків в Kubernetes.
Цей вибір не завжди простий. Кожен тип сервісу має різні цілі та приносить власні компроміси. ClusterIP зосереджений на внутрішній комунікації в кластері. NodePort дозволяє зовнішній доступ через статичний порт на кожному вузлі. Вимоги до безпеки, потреби в масштабуванні та мережна архітектура відіграють важливу роль у виборі між Kubernetes nodeport та clusterip.
Ця стаття допоможе вам зрозуміти ключові відмінності між цими типами сервісів. Ви дізнаєтесь про їх використання та отримаєте практичні поради, щоб зробити правильний вибір для ваших розгортань у Kubernetes.
Розуміння типів сервісів Kubernetes
Те, що мені подобається в мережевих можливостях Kubernetes, починається з його основних будівельних блоків. Сервіси в Kubernetes працюють як абстракція, яка забезпечує стабільний спосіб експонування мережевих додатків, що працюють як поди в нашому кластері.
Основні концепції сервісів Kubernetes
Сервіси в Kubernetes працюють на рівні 4 (TCP/UDP через IP) та створюють стабільну точку доступу, яка залишається незмінною, навіть коли поди з'являються та зникають. Кожен сервіс отримує свою унікальну IP-адресу в межах кластера, що робить його надійною точкою контакту для додатків.
Ось ключові характеристики сервісів Kubernetes:
- Вони надають стабільні IP-адреси та DNS-імена
- Вони дозволяють автоматичне балансування навантаження
- Вони зберігають постійні кінцеві точки, незважаючи на зміни в подах
Механізми пошуку сервісів
Kubernetes підтримує два основні способи пошуку сервісів:
- Змінні середовища
- Пошук на основі DNS
DNS-сервер, що обізнаний про кластер, такий як CoreDNS, відслідковує Kubernetes API для нових сервісів і створює відповідні DNS-записи. Сервіси вирішують проблему тимчасових IP-адрес подів, надаючи надійний спосіб комунікації.
Шляхи потоку мережевого трафіку
Мережевий трафік у Kubernetes слідує чітко визначеним шляхам. Трафік починається з точки входу і проходить кілька етапів перед тим, як потрапити до потрібної цілі.
Компонент трафікуФункціяСервіс APIУправляє експонуванням подів через мережуEndpointSlicesНадає інформацію про бекенд подиСервіс ProxyПрограмує маршрутизацію даних
Сервіси обробляють розподіл трафіку через правила iptables на вузлах кластера. Ці правила забезпечують фільтрацію пакетів і правильне управління трафіком по всьому кластеру.
Сервіси в Kubernetes залежать від двох важливих компонентів ядра Linux: Netfilter для фільтрації пакетів і правил NAT, а також iptables для налаштування правил фільтрації IP-пакетів. Ця конфігурація дозволяє безперебійно спілкуватися між подами, незалежно від їх фізичного місця в кластері.
Детальніше про ClusterIP
Давайте розглянемо ClusterIP, який є основою мережевого сервісу Kubernetes. ClusterIP є типовим типом сервісу в Kubernetes і дозволяє внутрішню комунікацію в нашому кластері.
Внутрішня мережна архітектура
Архітектура ClusterIP зосереджена на віртуальних IP-адресах, які Kubernetes надає з попередньо визначеного пулу. Ці IP-адреси повинні залишатися унікальними по всьому кластеру. Стратегія розподілу працює з двома різними діапазонами:
- Динамічне призначення IP в верхньому діапазоні
- Нижчий діапазон використовується як резервний
Можливості балансування навантаження
Система балансування навантаження в ClusterIP має потужні можливості.
Сервіс створює постійну IP-адресу, яка працює як з'єднувач з такими компонентами:
КомпонентПризначенняВіртуальна IPСтабільна точка доступу для сервісуМаппінг портівЗв'язує порт сервісу з цільовим портомСелектор мітокЗ’єднує сервіс з відповідними подами
Клієнти підключаються через віртуальну IP-адресу, і Kubernetes автоматично здійснює балансування навантаження між підключеними подами.
Пошук сервісів та DNS
Сервіси ClusterIP мають повну реалізацію DNS. Записи DNS слідують стандартному формату:
- A/AAAA записи для розв'язання сервісу
- SRV записи для іменованих портів
- Автоматичні оновлення DNS, коли відбуваються зміни в подах
Kubelet налаштовує DNS налаштування подів, щоб контейнери могли знаходити сервіси за іменем замість IP-адреси. Крім того, сервіс DNS зазвичай отримує 10-ту IP-адресу з діапазону IP-адрес сервісу.
Пошук сервісів працює через два основних механізми. Перший підхід обробляється через змінні середовища в сервісі kubelet, а другий — через DNS-інфраструктуру кластера. Для безголових сервісів DNS налаштування повертає прямі записи A або AAAA, які вказують на підтримувані поди сервісу.
Дослідження NodePort сервісу
Наше глибоке занурення в порівняння Kubernetes nodeport vs clusterip призводить нас до NodePort, який виходить за межі внутрішніх мережевих можливостей ClusterIP. Сервіс NodePort працює як міст, який з'єднує зовнішній трафік з внутрішньою мережею нашого кластера.
Функції зовнішньої доступності
NodePort створює унікальну конфігурацію, відкриваючи сервіси на кожному вузлі нашого кластера. Kubernetes виділяє порт в діапазоні 30000–32767, коли ми створюємо сервіс NodePort. Цей порт стає доступним на всіх вузлах і робить наш додаток доступним ззовні кластера.
КомпонентОписДіапазон портів30000–32767 (за замовчуванням)ВидимістьВнутрішня + ЗовнішняБазовий сервісБазується на ClusterIPМетод доступуNodeIP:NodePort
Маппінг портів та мережеві налаштування
Автоматична система призначення портів в NodePort є його ключовою особливістю. Ось що відбувається, коли ми створюємо сервіс NodePort:
- Kubernetes призначає статичний порт на всіх вузлах
- Кожен вузол проксируватиме призначений порт до нашого сервісу
- Трафік рухається від зовнішніх джерел через вузли до подів
Ця конфігурація створює передбачувану точку входу для зовнішнього трафіку. Наш сервіс стає доступним через IP-адресу будь-якого вузла в комбінації з виділеним портом.
Безпекові аспекти
Сервіси NodePort потребують ретельного планування безпеки. Основні виклики безпеки, з якими ми стикаємось, це:
- NodePort обходить стандартні механізми безпеки мережі в Kubernetes
- Ресурси NetworkPolicy можуть контролювати лише NodePorts, дозволяючи чи блокуючи весь трафік
- Кожен сервіс NodePort відкриває порти на всіх вузлах кластера, що збільшує поверхню атаки
Ми повинні вжити додаткових заходів для покращення безпеки. Мережевий фільтр перед вузлами допомагає, або ми можемо перемістити додатки, які потребують суворого контролю доступу, всередину кластера, де вони можуть використовувати NetworkPolicy-підтримувані сервіси ClusterIP.
Для виробничих середовищ часто необхідно застосовувати додаткові налаштування безпеки з сервісами NodePort. Це означає, що потрібно ретельно налаштовувати брандмауери та, можливо, налаштувати балансувальники навантаження для кращого розподілу трафіку. Додатки, які потребують сильного контролю доступу, можуть краще працювати з іншими типами сервісів, які надають більш детальні опції для контролю доступу.
Вплив на продуктивність
Вплив на продуктивність допомагає нам приймати кращі рішення щодо реалізації nodeport vs clusterip. Давайте розглянемо, як ці типи сервісів впливають на метрики продуктивності нашого кластера.
Порівняння мережевої латентності
Мережеві шляхи показують чіткі відмінності між цими типами сервісів. Сервіс NodePort потребує додаткового мережевого стрибка від вузла входу до вузла, на якому працює под.
Цей додатковий стрибок додає менше ніж 1 мс затримки для з'єднань всередині VPC.
Тип сервісуМережевий шляхДодаткова затримкаClusterIPПряме внутрішнє маршрутизуванняБазовийNodePortВхідний вузол → Цільовий вузол<1мс (в межах VPC)
Міркування щодо масштабованості
Нам потрібно подумати про те, як кожен тип сервісу справляється з ростом навантажень. Сервіси NodePort мають свої власні проблеми з масштабуванням:
- Вони не мають вбудованого балансування навантаження між кількома вузлами
- Деякі вузли перевантажуються, поки інші залишаються без дії
- Вузол, що отримує початковий запит, визначає розподіл трафіку
ClusterIP дає нам більш передбачувані шаблони продуктивності, коли ми масштабуємо наші додатки. Сервіс розподіляє трафік між подами за допомогою кругового балансування навантаження, що дозволяє краще використовувати ресурси по всьому кластеру.
Шаблони використання ресурсів
Обидва типи сервісів показують різні характеристики в управлінні ресурсами. Поди нашого кластера є епhemerними, і це визначає наш підхід до розподілу ресурсів. Кращий використання ресурсів потребує:
++++ Реалізація Horizontal Pod Autoscaling (HPA) для:
- Зміни кількості подів на основі використання CPU
- Реакція на кастомні метрики для масштабування
- Підтримка стабільної продуктивності під час піків трафіку
++++ Аналіз шаблонів трафіку:
- ClusterIP швидко виконує внутрішнє балансування навантаження
- NodePort потребує додаткового планування для зовнішнього трафіку
Нерівномірний розподіл трафіку може призвести до проблем з продуктивністю та обмежити масштабованість. Це стає критичним з сервісами NodePort, оскільки вони не мають вбудованих функцій балансування навантаження між вузлами.
Кращі практики впровадження
Після ретельного аналізу аспектів продуктивності, ми повинні коректно впроваджувати ці сервіси. Звісно, для реалізації як nodeport, так і clusterip потрібно належним чином налаштувати та моніторити.
Керівництво з налаштування
Успішна реалізація сервісу починається з правильного розподілу ресурсів. Так, важливо враховувати ці ключові параметри при налаштуванні будь-якого типу сервісу:
ПараметрClusterIPNodePortМетрики ресурсівВикористання CPU/MemoryШирина мережіПеревірки стануВнутрішні кінцеві точкиЗовнішні портиАвтоматичне масштабуванняНалаштування HPAМісткість вузла
Ми рекомендуємо реалізувати канали для збору метрик ресурсів для моніторингу статистики. Метрики-сервер знаходить усі вузли та запитує у кожного вузла його kubelet про використання CPU та пам'яті.
Поширені помилки, яких слід уникати
Наш досвід показує, що кілька критичних помилок можуть вплинути на надійність сервісів:
- Перевищення потужностей вузлів без належного планування
- Надавання надмірного доступу до адміністрування кластера для команд розробників
- Ігнорування ізоляції простору імен для мульти-орендарних кластерів
- Відсутність належного налаштування перевірок стану
Як і при недостатньому моніторингу, проблеми з продуктивністю часто проявляються. Діагностика проблем стає важкою без повного рішення для журналювання та моніторингу з самого початку.
Моніторинг та обслуговування
Управління сервісами вимагає моніторингу на кількох рівнях. Ми переконуємося, що наша система моніторингу захоплює ці елементи одразу після розгортання:
— — — Метрики використання ресурсів:
- Стандартний/помилковий вихід контейнерів
- Журнали інфраструктури
- Дані про продуктивність
— — — Стан здоров’я:
- Доступність подів
- Мережеве з'єднання
- Використання ресурсів
Ми рекомендуємо збирати лише достатньо телеметричних даних для задоволення вимог. Ключові аспекти включають:
- Частота збору даних
- Періоди зберігання
- Вартість зберігання
Наша стратегія моніторингу включає миттєве сповіщення для запобігання перетворенню невеликих проблем на серйозні. Канал метрик ресурсів надає основні метрики через API metrics.k8s.io. Це допомагає нам ефективно відслідковувати продуктивність як ClusterIP, так і NodePort сервісів.
Оптимальне обслуговування вимагає автоматичного виявлення сервісів для моніторингу нових сервісів, як тільки вони розгортаються. Цей підхід забезпечує постійне покриття моніторингу, коли кластер розростається. Kubelet слугує мостом між майстром Kubernetes і вузлами, управляючи подами та контейнерами на кожній машині.
Висновок
Наше глибоке занурення в NodePort та ClusterIP сервіси показало важливі відмінності, які впливають на те, як ми їх використовуємо при розгортанні в Kubernetes.
ClusterIP найкраще підходить для внутрішньої комунікації в кластері і забезпечує надійне виявлення сервісів з швидким балансуванням навантаження. NodePort розширює ці можливості, дозволяючи зовнішньому трафіку доступати до кластера через специфічні порти на вузлах кластера.
Безпека є ключовим фактором при виборі між цими типами сервісів. ClusterIP забезпечує кращу ізоляцію і контрольований доступ всередині кластера. NodePort вимагає додаткових заходів безпеки, оскільки він відкритий для зовнішнього світу. Тести показують, що сервіси NodePort можуть додавати трохи латентності через додаткові мережеві стрибки, але цей ефект майже не помітний в більшості середовищ VPC.
Ці сервіси використовують ресурси дуже різними способами. ClusterIP демонструє передбачувані шаблони масштабування з вбудованим балансуванням навантаження. Вам потрібно ретельно планувати використання NodePort, щоб правильно обробляти розподіл зовнішнього трафіку. Ми рекомендуємо правильний розподіл ресурсів, детальне моніторинг і регулярне обслуговування для обох типів.
Ваш вибір між NodePort і ClusterIP залежатиме від того, що справді потрібно вашому додатку. Додатки, які потребують щільної внутрішньої комунікації, краще працюватимуть з безпечним налаштуванням ClusterIP. Сервіси, яким потрібен зовнішній доступ, знайдуть конфігурацію NodePort більш корисною. Шлях до успіху полягає в дотриманні перевірених часом кращих практик, підтримці надійних систем моніторингу та впровадженні правильних заходів безпеки.
Перекладено з: NodePort vs ClusterIP in Kubernetes: Which Service Type Fits Your Use Case?