k8s中service概述（二）NodePort

NodePort 是 Kubernetes 中一种用于对外暴露服务的 Service 类型。它通过在集群的每个节点上开放一个静态端口（NodePort），使得外部用户可以通过节点的 IP 地址和该端口访问集群内部的服务。以下是关于 NodePort Service 的详细说明：

1. NodePort 的核心功能

  • 外部访问：NodePort 允许外部用户通过集群中任意节点的 IP 地址和指定的端口访问服务。

  • 端口映射：NodePort 会在每个节点上开放一个静态端口（默认范围是 30000-32767），并将该端口的流量转发到后端的 Pod。

  • 负载均衡：与 ClusterIP 类似，NodePort 也会自动将流量负载均衡到后端的多个 Pod。

  • 集群内部访问：NodePort Service 也会分配一个 ClusterIP，因此集群内部仍然可以通过 ClusterIP 访问服务。

2. NodePort 的工作原理

NodePort 的实现依赖于 Kubernetes 的网络模型和核心组件：

  1. Service 创建：

    • 当创建一个 NodePort Service 时，Kubernetes 会为其分配一个 ClusterIP，并在每个节点上开放一个静态端口（NodePort）。

    • NodePort 的默认范围是 30000-32767，但可以手动指定。

  2. Endpoints 创建：

    • 与 ClusterIP 类似，Kubernetes 会自动创建与 Service 同名的 Endpoints 对象，其中包含所有匹配 selector 的 Pod 的 IP 和端口。

  3. kube-proxy 的作用：

    • 每个节点上的 kube-proxy 组件会监听 Service 和 Endpoints 的变化。

    • kube-proxy 通过以下方式实现流量转发：

      • iptables 模式：在节点上配置 iptables 规则，将流量从 NodePort 转发到后端 Pod。

      • IPVS 模式：使用更高效的 IPVS 实现流量转发。

    • 无论使用哪种模式，kube-proxy 都会确保流量被正确负载均衡到后端 Pod。

  4. 外部访问：

    • 外部用户可以通过任意节点的 IP 地址和 NodePort 访问服务。

    • 例如，如果 NodePort 为 31000，节点的 IP 地址为 192.168.1.100，则外部用户可以通过 http://192.168.1.100:31000 访问服务。

3. NodePort 的配置示例

以下是一个典型的 NodePort Service 的 YAML 配置文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-service  # Service 名称namespace: default  # 命名空间，默认为 default
spec:type: NodePort  # Service 类型selector:app: my-app  # 选择标签为 app=my-app 的 Podports:- protocol: TCP  # 协议类型，支持 TCP、UDP、SCTPport: 80  # Service 暴露的端口targetPort: 9376  # 后端 Pod 的端口nodePort: 31000  # 手动指定的 NodePort，范围为 30000-32767

  • selector：用于选择后端 Pod，只有匹配标签的 Pod 才会被纳入 Service 的后端。

  • ports：

    • port：Service 暴露的端口，集群内的其他服务通过该端口访问 Service。

    • targetPort：后端 Pod 实际监听的端口。

    • nodePort：手动指定的 NodePort，范围为 30000-32767。如果不指定，Kubernetes 会自动分配一个可用的端口。

  • type：Service 类型，这里设置为 NodePort。

4. NodePort 的使用场景

NodePort 适用于以下场景：

  1. 开发和测试环境：

    • 在开发和测试环境中，NodePort 可以快速暴露服务，方便外部访问和调试。

  2. 小型生产环境：

    • 在小型生产环境中，如果没有负载均衡器，可以使用 NodePort 暴露服务。

  3. 特殊需求：

    • 某些场景下，可能需要直接通过节点的 IP 地址访问服务，例如某些网络设备或旧系统。

  4. 与 LoadBalancer 结合使用：

    • 在云环境中，NodePort 通常与 LoadBalancer 结合使用，LoadBalancer 会将外部流量导入 NodePort。

5. NodePort 的优缺点

优点：

  • 简单易用，快速暴露服务。

  • 不需要额外的负载均衡器，适合小型环境。

  • 可以在任意节点上访问服务，具有较高的可用性。

缺点：

  • 端口范围有限（30000-32767），可能与现有服务冲突。

  • 直接暴露节点的 IP 地址，可能存在安全风险。

  • 需要手动管理节点的 IP 地址，不适合大规模生产环境。

6. NodePort 的调试和排查

  1. 查看 Service 信息：

    kubectl get svc <service-name>

    输出示例：

    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>

    输出示例：

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

  3. 检查节点端口：

    • 登录到节点，检查 NodePort 是否正常开放：

      netstat -tuln | grep 31000

  4. 检查 kube-proxy 和 iptables/IPVS 规则：

    • 登录到节点，检查 iptables 或 IPVS 规则是否正常配置。

7. 总结

NodePort 是 Kubernetes 中用于对外暴露服务的 Service 类型，它通过在集群的每个节点上开放一个静态端口，使得外部用户可以通过节点的 IP 地址和该端口访问集群内部的服务。NodePort 简单易用，适合开发和测试环境，但在生产环境中通常需要结合 LoadBalancer 或 Ingress 使用，以提供更高的可用性和安全性。

使用 NodePort 暴露 Nginx 服务的示例

以下是一个完整的示例，展示如何在 Kubernetes 中使用 NodePort Service 暴露一个 Nginx 服务。这个示例包括：

  1. 部署一个 Nginx Pod。

  2. 创建一个 NodePort Service 来暴露 Nginx 服务。

1. 创建 Nginx 部署

首先，创建一个 Deployment 来运行 Nginx Pod。以下是一个简单的 YAML 文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-deployment  # 部署名称labels:app: nginx  # 标签，用于 Service 选择
spec:replicas: 3  # 副本数selector:matchLabels:app: nginx  # 选择器，匹配 Pod 标签template:metadata:labels:app: nginx  # Pod 标签spec:containers:- name: nginx  # 容器名称image: nginx:latest  # 使用官方 Nginx 镜像ports:- containerPort: 80  # 容器监听的端口

将上述内容保存为 nginx-deployment.yaml，然后使用以下命令创建 Deployment：

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

接下来，创建一个 NodePort Service 来暴露 Nginx 服务。以下是一个简单的 YAML 文件：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-service  # Service 名称
spec:type: NodePort  # Service 类型selector:app: nginx  # 选择标签为 app=nginx 的 Podports:- protocol: TCP  # 协议类型port: 80  # Service 暴露的端口targetPort: 80  # 后端 Pod 的端口nodePort: 30080  # 手动指定的 NodePort，范围为 30000-32767

将上述内容保存为 nginx-service.yaml，然后使用以下命令创建 Service：

kubectl apply -f nginx-service.yaml
3. 验证部署和 Service

  1. 查看 Deployment 状态：

    kubectl get deployments

    输出示例：

  2. 查看 Pod 状态：

    kubectl get pods

  3. 查看 Service 状态：

    kubectl get svc nginx-service
4. 访问 Nginx 服务

  1. 获取节点的 IP 地址：

    使用kubect get nodes -o wide获取节点信息

    • 输出示例：
    • 可以发现节点ip

    • 如果你在云环境或物理机中，可以使用节点的公网或内网 IP。

  2. 通过 NodePort 访问 Nginx：

    • 打开浏览器，访问 http://<NodeIP>:30080。

    • 例如，如果节点 IP 是 192.168.30.130，则访问 http://192.168.30.130:30080。

    • 你应该会看到 Nginx 的默认欢迎页面。

    • 可以在外部浏览器看到ngnix的页面

5. 清理资源

完成测试后，可以删除 Deployment 和 Service：

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

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