关于K8s中如何访问集群外服务的一些笔记

如何访问集群外服务

在 K8s 中，考虑某些稳定性问题，希望把数据库部署到 物理机或者虚机上，或许系统正在一点点迁移到 K8s 平台，某些服务在非 k8s 集群部署，或者上游系统是别人的，和我们没有直接关系。那么我们如何实现 K8s 集群上的服务访问 这些外部服务。

外部服务是IP端口的方式

在 K8s 中，我们可以定义一个没有 lable Selector 的 Service 来代替 非当前集群的服务。通过 IP 端口映射的方式把外部服务映射到内部集群中。

这样可以正常接入外部服务的同时，添加了一个类似外部服务的代理服务。之后如果外部服务发生 IP 端口变更，只需要修改映射关系即可，不需要修改应用相关的配置。同时对访问他的pod 隐藏了实际的IP端口，以后如果服务移入集群内，则不需要更改任何代码。

外部服务是域名的方式

当 外部服务提供的方式是域名的时候，我们可以创建一个 Service 类型为 ExternalName 的SVC，同样没有lable Selector， 类型为 ExternalName 的服务将外部服务域名映射到集群内部服务的 DNS 名称，而不是对应的 Pod 。这里只是单纯的域名转化，并不涉及对应的服务代理，也不提供任何的负载。

创建外部服务代理服务

适用于外部服务为 IP:Port的方式，定义一个没有 选择器的 Service ，对应这样的 Service ，k8s 不会自动创建对应的 Endpoint 、 EndpointSlice ,其他的和正常的 Service 没有区别，所以我们需要提供 Service 对应的 endpoint 或者是 EndpointSlice 来对外部服务做映射。类似与通过 iptables 做了 DNAT 的映射，实现 IP 端口转发。

资源文件的定义

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$cat not-service.yaml  
apiVersion: v1  
kind: Serviceca  
metadata:  
name: external-service  
spec:  
ports:  
- protocol: TCP  
  port: 30056  
  targetPort: 3306

定义了一个普通的 Service ，没有选择器，在 Service 内部做了转发，暴露的端口为 30056 转发到端口 3306, 这里的 3306 为代理的外部服务的端口。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl describe svc external-service  
Name:              external-service  
Namespace:         awx  
Labels:              
Annotations:         
Selector:            
Type:              ClusterIP  
IP Family Policy:  SingleStack  
IP Families:       IPv4  
IP:                10.103.93.20  
IPs:               10.103.93.20  
Port:                30056/TCP  
TargetPort:        3306/TCP  
Endpoints:           
Session Affinity:  None  
Events:            

可以看到当前的 Service 类型为 ClusterIP, 对应的集群 IP 为 ：10.103.93.20,Endpoints 为 None。

对于这样的 Service 系统不会自动创建 Endpoint 和 EndpointSlice，因此需要手动创建一个和该 Service 同名的Endpoint 或者带序号的 EndpointSlice 对象 ，用于指向实际的 后端访问地址。

1.21 版本之前的只能通过创建 Endponits 的方式，创建 Endpoint 的配置文件内容如下：

Endponits 方式

如果外部服务为单体服务，那么我们只定义一个 IP就可以

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$cat external-service.yaml  
kind: Endpoints  
apiVersion: v1  
metadata:  
name: external-service  
subsets:  
- addresses:  
- ip: 192.168.26.81  
ports:  
- port: 3306

这里定义 集群外的服务 IP 为 192.168.26.81，端口为 3306, 这个 endpoint 即表示集群外的服务，生产环境中，我们需要打通相关的网络。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl apply  -f external-service.yaml  
endpoints/external-service created  
┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl get endpoints external-service  
NAME               ENDPOINTS            AGE  
external-service   192.168.26.81:3306   57s

在集群外通过 python 模块发布一个 简单的 http 服务，暴露端口 3306,做简单测试。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$coproc python -m SimpleHTTPServer 3306  
[2] 109525  
┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl get svc external-service  
NAME               TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)     AGE  
external-service   ClusterIP   10.103.93.20           30056/TCP   26m

通过访问集群服务，实现对集群外部服务的访问

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$curl 10.103.93.20:30056 -s -w "%{http_code}\\n" -o /dev/null  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 03:26:30] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200

EndpointSlice 方式

对于 1.21 版本及之后的版本来讲，我们可以通过 EndpointSlice 来实现，资源文件的定义，这里如果外部服务为集群，可以定义多个endpoints

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$cat external-service-1.yaml  
apiVersion: discovery.k8s.io/v1  
kind: EndpointSlice  
metadata:  
name: external-service-1 # 按惯例将服务的名称用作 EndpointSlice 名称的前缀  
labels:  
# 你应设置 "kubernetes.io/service-name" 标签。  
# 设置其值以匹配服务的名称  
kubernetes.io/service-name: external-service  
addressType: IPv4  
ports:  
- name: '' # 留空，因为 port 9376 未被 IANA 分配为已注册端口  
appProtocol: http  
protocol: TCP  
port: 3306  
endpoints:  
- addresses:  
  - "192.168.26.82" # 此列表中的 IP 地址可以按任何顺序显示  
- addresses:  
  - "192.168.26.81"

这里我们提供了两个 ip ,来模拟外部服务集群的情况。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl apply  -f external-service-1.yaml  
endpointslice.discovery.k8s.io/external-service-1 created  
┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl get endpointslices.discovery.k8s.io  external-service-1  
NAME                 ADDRESSTYPE   PORTS   ENDPOINTS                     AGE  
external-service-1   IPv4          3306    192.168.26.81,192.168.26.82   20s

在集群外 81，82 两台机器通过 python 模块发布一个 简单的 http 服务，暴露端口 3306,做简单测试。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$coproc python -m SimpleHTTPServer 3306  
[2] 9084  
┌──[root@vms82.liruilongs.github.io]-[~]  
└─$coproc python -m SimpleHTTPServer 3306

测试可以看到在81 和 82两个外部服务轮询访问，默认情况下 Serviec 的 负载均衡策略为，sessionAffinity: None ,即 RoundRobin 将客户端请求代理到合适的后端合适的 Pod 上

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$while true;do curl 10.103.93.20:30056 -s -w "%{http_code}\\n" -o /dev/null ;sleep 2;done  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 03:56:52] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
200  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 03:56:58] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 03:57:02] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 03:57:04] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 03:57:08] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 03:57:10] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200

这里我们修改一下,修改为会话保持 sessionAffinity: ClientIP

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl edit svc external-service  
service/external-service edited  
┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl get svc external-service  -o json | jq .spec.sessionAffinity  
"ClientIP"

可以看到当前 访问只到 81 上面

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$while true;do curl 10.103.93.20:30056 -s -w "%{http_code}\\n" -o /dev/null ;sleep 2;done  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 04:00:56] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 04:00:58] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 04:01:00] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 04:01:02] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 04:01:04] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 04:01:06] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200  
192.168.26.81 - - [10/Dec/2022 04:01:08] "GET / HTTP/1.1" 200 -  
200

DNS 解析测试，可以看到 对于没有选择器的服务来讲，同样可以通过 服务名对应的域名来解析到对应的 集群 IP 地址，这与 有选择器的相同。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl run pod-test -it --rm --image=yauritux/busybox-curl  --image-pull-policy=IfNotPresent  
If you don't see a command prompt, try pressing enter.  
/home # nslookup external-service.awx.svc.cluster.local.  
Server:    10.96.0.10  
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local  

Name:      external-service.awx.svc.cluster.local.  
Address 1: 10.103.93.20 external-service.awx.svc.cluster.local  
/home # Session ended, resume using 'kubectl attach pod-test -c pod-test -i -t' command when the pod is running  
pod "pod-test" deleted

域名的方式:ExternalName

这里假设 集群外的服务为 我的 个人主页 https://liruilongs.github.io/创建一个 ExternalName 类型的 SVC，当然也可以设置端口，这里我们不需要。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$cat external-service.yaml  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
name: external-service  
spec:  
type: ExternalName  
externalName: liruilongs.github.io

查看详细信息，CLUSTER-IP为none

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl apply  -f external-service.yaml  
service/external-service created  
┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl get svc  
NAME               TYPE           CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP            PORT(S)   AGE  
external-service   ExternalName          liruilongs.github.io       5s  
┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl describe svc external-service  
Name:              external-service  
Namespace:         liruilong-deploy-create  
Labels:              
Annotations:         
Selector:            
Type:              ExternalName  
IP Families:         
IP:  
IPs:                 
External Name:     liruilongs.github.io  
Session Affinity:  None  
Events:            

解析域名测试，可以发现，external-service 经过 k8s 的内部 DNS 记录为 liruilongs.github.io，解析获得的 ipv4和ipv6 完全相同。所以pod 可以通过域名连接到外部服务，而不是使用服务的实际 FQDN。

┌──[root@vms81.liruilongs.github.io]-[~/ansible]  
└─$kubectl run pod-test -it --rm --image=yauritux/busybox-curl  --image-pull-policy=IfNotPresent  
If you don''t see a command prompt, try pressing enter.  
/home # nslookup external-service  
Server:    10.96.0.10  
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local  

Name:      external-service  
Address 1: 2606:50c0:8001::153  
Address 2: 2606:50c0:8003::153  
Address 3: 2606:50c0:8000::153  
Address 4: 2606:50c0:8002::153  
Address 5: 185.199.111.153 cdn-185-199-111-153.github.com  
Address 6: 185.199.109.153 cdn-185-199-109-153.github.com  
Address 7: 185.199.110.153 cdn-185-199-110-153.github.com  
Address 8: 185.199.108.153 cdn-185-199-108-153.github.com  
/home # nslookup liruilongs.github.io  
Server:    10.96.0.10  
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local  

Name:      liruilongs.github.io  
Address 1: 2606:50c0:8003::153  
Address 2: 2606:50c0:8001::153  
Address 3: 2606:50c0:8000::153  
Address 4: 2606:50c0:8002::153  
Address 5: 185.199.111.153 cdn-185-199-111-153.github.com  
Address 6: 185.199.110.153 cdn-185-199-110-153.github.com  
Address 7: 185.199.108.153 cdn-185-199-108-153.github.com  
Address 8: 185.199.109.153 cdn-185-199-109-153.github.com

ExternalName 服务仅在 DNS 级别实现,为该服务创建一个简单的 CNAME DNS 记录。因此，连接到服务的客户端将直接连接到外部服务，完全绕过服务代理。出于这个原因，这些类型的服务甚至没有获得集群 IP。所以对于域名的解析，实际上是依赖于 节点机器。