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ServiceのClusterIPの割り当て
Kubernetesでは、ServiceはPodの集合上で実行しているアプリケーションを抽象的に公開する方法です。Serviceはクラスター内で仮想IPアドレス(type: ClusterIPのServiceを使用)を持つことができます。クライアントはその仮想IPアドレスを使用してServiceに接続することができます。そしてKubernetesは、そのServiceへのトラフィックを異なる背後のPod間で負荷分散します。
どのようにServiceのClusterIPが割り当てられるのか?
KubernetesがServiceに仮想IPアドレスを割り当てる必要がある場合、2つの方法の内どちらかの方法で行われます:
- 動的割り当て
- クラスターのコントロールプレーンは自動的に
type: ClusterIP
のServiceのために設定されたIP範囲の中から未割り当てのIPアドレスを選びます。 - 静的割り当て
- Serviceのために設定されたIP範囲の中から自身でIPアドレスを選びます。
クラスター全体を通して、ServiceのClusterIP
はユニークでなければいけません。割り当て済みのClusterIP
を使用してServiceを作成しようとするとエラーが返ってきます。
なぜServiceのClusterIPを予約する必要があるのか?
時には、クラスター内の他のコンポーネントやユーザーが利用できるように、Serviceをよく知られたIPアドレスで実行したい場合があります。
その最たる例がクラスターのDNS Serviceです。慣習として、一部のKubernetesインストーラーはServiceのIP範囲の10番目のIPアドレスをDNS Serviceに割り当てます。ServiceのIP範囲を10.96.0.0/16とするクラスターを構成し、DNS ServiceのIPを10.96.0.10にするとします。この場合、下記のようなServiceを作成する必要があります。
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
labels:
k8s-app: kube-dns
kubernetes.io/cluster-service: "true"
kubernetes.io/name: CoreDNS
name: kube-dns
namespace: kube-system
spec:
clusterIP: 10.96.0.10
ports:
- name: dns
port: 53
protocol: UDP
targetPort: 53
- name: dns-tcp
port: 53
protocol: TCP
targetPort: 53
selector:
k8s-app: kube-dns
type: ClusterIP
しかし、前述したように10.96.0.10のIPアドレスは予約されていません。他のServiceが動的割り当てよりも前に、または同時に作成された場合、このIPアドレスがそのServiceに割り当てられる可能性があります。その場合、競合エラーで失敗しDNS Serviceを作成することができません。
どのようにServiceのClusterIPの競合を回避するのか?
Kubernetesで実装されているServiceへのClusterIPの割り当て戦略は、衝突リスクを軽減します。
ClusterIP
の範囲は、min(max(16, cidrSize / 16), 256)
という式に基づいて分割されます。最小で16、最大でも256で、その範囲内で段階的に変化する ように表されます。
動的IP割り当てはデフォルトで上位の帯域を使用し、それが使い切られると下位の範囲を使用します。これにより、ユーザーは下位の帯域を使用して静的な割り当てを行うことができ、衝突のリスクを抑えることができます。
例
例1
この例ではServiceのIPアドレスとして、10.96.0.0/24(CIDR表記法)のIPアドレスの範囲を使用します。
範囲の大きさ: 28 - 2 = 254
帯域のオフセット(開始位置): min(max(16, 256/16), 256)
= min(16, 256)
= 16
静的割り当ての帯域の開始: 10.96.0.1
静的割り当ての帯域の終了: 10.96.0.16
範囲の終了: 10.96.0.254
例2
この例では、ServiceのIPアドレスとして、10.96.0.0/20(CIDR表記法)のIPアドレスの範囲を使用します。
範囲の大きさ: 212 - 2 = 4094
帯域のオフセット(開始位置): min(max(16, 4096/16), 256)
= min(256, 256)
= 256
静的割り当ての帯域の開始: 10.96.0.1
静的割り当ての帯域の終了: 10.96.1.0
範囲の終了: 10.96.15.254
例3
この例ではServiceのIPアドレスとして、10.96.0.0/16(CIDR表記法)のIPアドレスの範囲を使用します。
範囲の大きさ: 216 - 2 = 65534
帯域のオフセット(開始位置): min(max(16, 65536/16), 256)
= min(4096, 256)
= 256
静的割り当ての帯域の開始: 10.96.0.1
静的割り当ての帯域の終了: 10.96.1.0
範囲の終了: 10.96.255.254
次の項目
- Serviceの外部トラフィックのポリシーを参照してください。
- アプリケーションをServiceに接続するを参照してください。
- Serviceを参照してください。