K8s中Pod的服务发现

Pod是怎么找到请求的Pod的，pod之间又是怎么负载均衡的（iptables模式下）

想知道这个问题，首先需要了解一些iptables知识。

五条链

Iptables是linux内核集成的IP信息过滤规则，负责将发往主机的网络包进行分发，转换等。当客户端请求服务器的某个服务时，请求信息会先通过网卡进入服务器内核，这时iptables会对包进行过滤，决定这些包是发往用户态的服务进程或是转发出去到别的主机。而决定这些路径的方式在iptables中称为链，刚进入内核的请求流会经过PREROUTING链，根据路由规则判断是是不是发往本机请求，是则走INPUT链进入本机用户态进程，否则会走FORWARD链并匹配对应的规则最后流出本机；如果是本机发出的请求会走OUTPUT链并进一步到POSTROUTINE链流出本机，或转发到其他机器或回复信息给客户端。

总结上述几条链：

• PREROUTINE：流入本机路由前

• POSTROUTINE：流出本机路由前

• FORWARD：转发路径

• OUTPUT：由本机用户程序发出的

• INPUT：发送至本机用户程序的

两个动作

SNAT

源地址转换，是指将报文发送方的ip地址转换，这样当相应方回复请求时，回复的是发送方的地址。

示例

当client发送请求给server时，需要经过gateway，如果gateway不对包进行源地址转换(SNAT)，发往server的网络包携带的源地址依然是client，server会对该源地址响应，但client并不识别server的地址，会导致该条请求出现错误。

DNAT

目标地址转换，是将报文的目标地址转换，起到请求转发到别的目的地的作用。

需要了解k8s中的几种IP类型。

虚拟IP

虚IP(下文称VIP)有ClusterIP（即serviceIP），是集群自己生成的，ping不通，并和PodIP不处于同一网段，避免请求发生混乱。当创建一个service时，k8s会为该service指派一个IP地址，并会被集群中的所有kube-proxy观察到，kube-proxy从而会安装一系列的iptables规则到宿主机，kube-dns也会相应的插入一条域名解析IP的规则。请求到来的时候，如果符合规则，iptables会将VIP转化为实际的IP并使用。

实际IP

实IP分别有PodIP等，该IP是由CNI插件分配的，在k8s集群启动时候，需要安装CNI插件，通常是一个DaemonSet控制器控制，保证每台节点都有该进程。他的作用是在集群内部产生一套网络，并给每个pod插上”网线”，保证pod与节点，pod与pod是互通的。

Pod之间通信的方式可以通过实际的PodIP，但是该IP会随着pod的变化而变化，不适合用该方式，也可以通过ClusterIP的方式通信，比较稳定，但是不容易被记住，还可以通过svc.ns这种域名的格式，该方法请求kube-dns域名解析得到域名对应的IP。

接下来根据一个案例探讨一下。

案例介绍

• 集群中有两个gateway-pod，service类型为NodePort，暴露端口给集群外部，接收外界请求并负载均衡，并将请求转发到下游pod。

  
  

• 有一个basedao pod，负责接收gateway pod发来的请求并响应，对应的service名称是sts-basedao，命名空间名称是basedao。

  
  

• Kube-dns pod将域名解析成IP地址，并返回给发送方。

查看一下各个pod的IP，该IP是实际的IP。

[centos@guozhao-50 ~]$ kubectl get pod --all-namespaces -owideNAMESPACE     NAME                                IP                    basedao       sts-basedao-0                      10.34.0.2gateway       sts-gateway-59d5fdbc54-4d6kv       10.40.0.0gateway       sts-gateway-59d5fdbc54-dmncq       10.34.0.1 kube-system   coredns-6c76c8bb89-kztxk           10.32.0.4

查看一下三种pod对应service的IP，可以看到gateway service代理的30001端口映射到了外部的31001端口。

[centos@guozhao-50 ~]$ kubectl get svc --all-namespacesNAMESPACE     NAME                   TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)                  AGEbasedao       svc-basedao            ClusterIP   10.111.143.223           30003/TCP                70mgateway       svc-gateway            NodePort    10.102.103.1             30001:31001/TCP          70mkube-system   kube-dns               ClusterIP   10.96.0.10               53/UDP,53/TCP,9153/TCP   14d

client发起请求

通过iptables-save命令可以查看到所有的iptables规则。

当client发起请求时，会请求服务器对应的端口，对应NodePort端口，我们来查看对应的iptables规则，会经过PREROUTING，跳转到KUBE-SERVICES规则。

-A PREROUTING -m comment --comment "kubernetes service portals" -j KUBE-SERVICES

在KUBE-SERVICE中找到符合的规则，--dst-type LOCAL 代表本地，会继续跳转到KUBE-NODEPORTS

-A KUBE-SERVICES -m comment --comment "kubernetes service nodeports; NOTE: this must be the last rule in this chain" -m addrtype --dst-type LOCAL -j KUBE-NODEPORTS

该请求会跳转到KUBE-MARK-MASQ给请求打一个标签，并跳转到下一条规则KUBE-SVC-4QJQIYWH2AWK2TSA。

-A KUBE-NODEPORTS -p tcp -m comment --comment "gateway/svc-gateway:gateway-port" -m tcp --dport 31001 -j KUBE-MARK-MASQ-A KUBE-NODEPORTS -p tcp -m comment --comment "gateway/svc-gateway:gateway-port" -m tcp --dport 31001 -j KUBE-SVC-4QJQIYWH2AWK2TSA

跟随上条规则有两条规则与其对应，--probability 0.50000000000代表有0.5的概率进入上面的规则，如果没有进入上面规则，就会进入下面的规则，负载均衡也就是在iptables层面实现的。

-A KUBE-SVC-4QJQIYWH2AWK2TSA -m comment --comment "gateway/svc-gateway:gateway-port" -m statistic --mode random --probability 0.50000000000 -j KUBE-SEP-XEQTQPKSTZECBET2-A KUBE-SVC-4QJQIYWH2AWK2TSA -m comment --comment "gateway/svc-gateway:gateway-port" -j KUBE-SEP-OCFEUGRRJNZZEOHZ

分别查看两个规则对应的下一条规则，该规则指定了目标地址，执行了DNAT操作进行目标地址转发，分别对应了两个pod实例的实际IP地址，请求会跟随这条规则转发到实际的gateway。

-A KUBE-SEP-XEQTQPKSTZECBET2 -p tcp -m comment --comment "gateway/svc-gateway:gateway-port" -m tcp -j DNAT --to-destination 10.34.0.1:30001-A KUBE-SEP-OCFEUGRRJNZZEOHZ -p tcp -m comment --comment "gateway/svc-gateway:gateway-port" -m tcp -j DNAT --to-destination 10.40.0.0:30001

在最终发出请求之前会走POSTROUTING链，会对该请求做一个SNAT操作，MASQUERADE代表执行了SNAT操作修改了请求源地址。

-A POSTROUTING -m comment --comment "kubernetes postrouting rules" -j KUBE-POSTROUTING-A KUBE-POSTROUTING -m comment --comment "kubernetes service traffic requiring SNAT" -j MASQUERADE

gateway发起请求

此时gateway收到了来自client的请求，他会向basedao发起请求，请求方式是通过域名即sts-basedao.basedao:30002格式。该请求会发送给dns服务器进行解析返回一个实际IP地址，当然，该地址也是一个VIP。

在pod被创建时候，就会在pod中创建dns服务配置文件，nameserver代表dns服务器的IP地址，默认是集群中的kube-dns地址，search代表域名拼接规则。可以看出，该地址和kube-dns的VIP是相同的。

接下来该pod会发出请求到kube-dns的VIP

由于是在主机上发出，会走OUTPUT链，进而进入到KUBE-SERVICES

-A OUTPUT -m comment --comment "kubernetes service portals" -j KUBE-SERVICES

满足KUBE-SERVICES的该条规则，继续跳转到KUBE-SVC-ERIFXISQEP7F7OF4，再次跳转到KUBE-SEP-ZT5TVM6PMFDFQAMO。

-A KUBE-SERVICES -d 10.96.0.10/32 -p tcp -m comment --comment "kube-system/kube-dns:dns-tcp cluster IP" -m tcp --dport 53 -j KUBE-SVC-ERIFXISQEP7F7OF4-A KUBE-SVC-ERIFXISQEP7F7OF4 -m comment --comment "kube-system/kube-dns:dns-tcp" -j KUBE-SEP-ZT5TVM6PMFDFQAMO

最终进行DNAT目标地址转发到dns实际的pod，最终dns返回给gateway由域名解析到的ip。

-A KUBE-SEP-ZT5TVM6PMFDFQAMO -p tcp -m comment --comment "kube-system/kube-dns:dns-tcp" -m tcp -j DNAT --to-destination 10.32.0.4:53

当gateway得到真实的IP，该IP就是basedao的VIP，gateway会使用该VIP发起请求，依然会对应到相应的iptables规则，完成VIP到IP的映射得到basedao pod的实际地址，并向实际地址发送数据包，这里便不再赘述。

由于Pod的IP地址不是持久的，所以尽量建议采用ClusterIP或者域名的方式请求集群中的其他pod，而这两种方式是通过Linux内核的iptables规则实现的。使用iptables规则也有缺点，当集群中有过多的服务Pod，相应的各台宿主机iptables规则就会增加，这增加了网络的复杂度与跟踪难度，会给后期运维带来一定的困难。

• 《iptables详解》http://www.zsythink.net/archives/1199

• 《k8s中文文档》https://v1-16.docs.kubernetes.io/zh/

• 《深入剖析Kubernetes》极客时间

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• 结合例子讲解 K8S 如何实现应用配置管理