Kubernetes Cluster IP，Node IP，Pod IP间通信原理解析

1、Cluster IP

• 定义：Cluster IP 是 Kubernetes 为每个 Service 分配的一个虚拟的、仅集群内部可访问的 IP 地址。这个 IP 不绑定到任何物理或虚拟网络接口，仅在 Kubernetes 集群内部有效。
• 用途：Cluster IP 使得集群内的应用可以通过一个固定且稳定的 IP 访问 Service，而不需要知道后端 Pod 的具体 IP 或数量变化。Kube-Proxy 负责将发往 Cluster IP 的请求负载均衡到后端 Pod。

2、Node IP

• 定义：Node IP 是 Kubernetes 集群中每个节点（物理服务器或虚拟机）的物理网卡的 IP 地址。这是节点在网络中的实际可路由地址，用于节点间的通信以及集群内外的通信。
• 用途：外部系统访问集群内的服务时，尤其是通过 NodePort 和 LoadBalancer 类型的服务，通常需要通过 Node IP 加上相应的端口号来访问。

3、NodePort

• 定义：NodePort 是一种 Service 类型，它会在每个节点的某个静态端口上公开服务。这意味着，外部可以通过任意节点的 IP 地址加上这个 NodePort 访问到 Service。
• 用途：NodePort 提供了一种简单的方式，让集群外的客户端能够访问集群内的服务，常用于测试和调试环境。它比 LoadBalancer 更轻量，因为不需要云提供商的负载均衡器支持。

4、Pod IP

• 定义：Pod IP 是分配给每个 Pod 的独立 IP 地址，由 Kubernetes 网络插件（如 Calico、Flannel 等）动态分配。这个 IP 地址属于虚拟的二层网络，允许同一网络平面内的 Pod 直接通过 Pod IP 通信。
• 用途：Pod IP 使得集群内的 Pod 可以相互发现和直接通信，是实现服务间通信的基础。

5、LoadBalancer

• 定义：LoadBalancer 是 Service 的一种类型，它会在云提供商（如 AWS、GCP、Azure 等）的层面创建一个负载均衡器，并将流量分发到集群内的多个节点。
• 用途：LoadBalancer 适用于生产环境，提供了高可用性和扩展性。它允许外部客户端通过一个稳定且可预测的 DNS 名称或公共 IP 访问服务，自动处理后端节点的添加和移除，保证服务的持续可用性。

6、三种IP间通信

6.1、Pod IP 与 Pod IP 通信

• 同一节点内：如果两个 Pod 部署在同一节点上，它们可以直接通过各自的 Pod IP 进行通信，这是由容器网络接口(CNI)插件（如 Flannel、Calico 等）负责配置的容器网络实现的。

• 跨节点：当 Pod 分布在不同节点上时，它们之间的通信同样通过 Pod IP，但需要 CNI 插件确保网络平面的一致性，例如通过隧道技术（如 IPSec、VXLAN）封装 Pod 间的流量，或使用路由规则直接路由到目标节点上的 Pod。

6.2、Pod IP 与 Cluster IP 通信

• 当 Pod 需要访问 Service 时，它不会直接访问 Service 后端的某个 Pod IP，而是通过 Service 的 Cluster IP 进行通信。Cluster IP 是一个虚拟的 IP 地址，由 Kubernetes 创建并管理。

• kube-proxy 在每个节点上运行，它监听 Service 的变化，并通过 iptables 或 IPVS 规则，将发往 Cluster IP 的请求负载均衡地转发到该 Service 对应的所有后端 Pod（Endpoint）的 Pod IP 上。

6.3、Node IP 与 Pod IP 通信

• 从 Node 到 Pod：在某些情况下，可能需要从 Node 直接访问 Pod IP。虽然 Kubernetes 不鼓励直接这样做，但在特殊场景下，比如调试，可以通过 Node 的网络栈路由到该节点上的 Pod。不过，由于 Pod IP 并非全局可达，通常需要在 Node 上使用 iptables 规则或特定网络插件的功能来实现。

• 从外部到 Pod：通常不直接通过 Node IP 访问 Pod IP，而是通过 NodePort Service 或 LoadBalancer Service 间接访问。但如果配置了 hostNetwork: true，Pod 会共享宿主机网络，此时可以从外部通过 Node IP 加 Pod 容器端口访问 Pod。

6.4、Node IP 与 Cluster IP

• 一般情况下，Node 本身并不直接与 Cluster IP 通信，因为 Cluster IP 是一个仅集群内部可访问的虚拟 IP。但是，kube-proxy 在每个 Node 上运行，它通过处理到 Cluster IP 的流量来实现对 Service 的访问，间接体现了 Node 与 Cluster IP 之间的交互。

7、YAML 示例

7.1、ClusterIP Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-service
spec:selector:app: MyAppports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 9376type: ClusterIP

在这个例子中，my-service 服务通过 ClusterIP 类型定义，监听 80 端口，将流量转发到标签为 app=MyApp 的 Pod 的 9376 端口。

7.2、LoadBalancer Service

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-loadbalancer-service
spec:selector:app: MyAppports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 9376type: LoadBalancer

在这个例子中，my-loadbalancer-service 会创建一个负载均衡器，将外部流量通过 80 端口导入集群，并分配给标签为 app=MyApp 的 Pod 的 9376 端口，提供对外的高可用服务。