Kubernetes学习笔记:使用拓扑键实现拓扑感知的流量路由

FEATURE STATE: Kubernetes v1.21 [deprecated]

说明:
此功能特性,尤其是 Alpha 阶段的 topologyKeys API,在 Kubernetes v1.21 版本中已被废弃。Kubernetes v1.21 版本中引入的 拓扑感知的提示, 提供类似的功能。

服务拓扑(Service Topology)可以让一个服务基于集群的 Node 拓扑进行流量路由。 例如,一个服务可以指定流量是被优先路由到一个和客户端在同一个 Node 或者在同一可用区域的端点。

拓扑感知的流量路由

默认情况下,发往 ClusterIP 或者 NodePort 服务的流量可能会被路由到 服务的任一后端的地址。Kubernetes 1.7 允许将“外部”流量路由到接收到流量的节点上的 Pod。对于 ClusterIP 服务,无法完成同节点优先的路由,你也无法 配置集群优选路由到同一可用区中的端点。 通过在 Service 上配置 topologyKeys,你可以基于来源节点和目标节点的 标签来定义流量路由策略。

通过对源和目的之间的标签匹配,作为集群操作者的你可以根据节点间彼此“较近”和“较远” 来定义节点集合。你可以基于符合自身需求的任何度量值来定义标签。 例如,在公有云上,你可能更偏向于把流量控制在同一区内,因为区间流量是有费用成本的, 而区内流量则没有。 其它常见需求还包括把流量路由到由 DaemonSet 管理的本地 Pod 上,或者 把将流量转发到连接在同一机架交换机的节点上,以获得低延时。

使用服务拓扑

如果集群启用了 ServiceTopology 特性门控, 你就可以在 Service 规约中设定 topologyKeys 字段,从而控制其流量路由。 此字段是 Node 标签的优先顺序字段,将用于在访问这个 Service 时对端点进行排序。 流量会被定向到第一个标签值和源 Node 标签值相匹配的 Node。 如果这个 Service 没有匹配的后端 Node,那么第二个标签会被使用做匹配,以此类推,直到没有标签。

如果没有匹配到,流量会被拒绝,就如同这个 Service 根本没有后端。 换言之,系统根据可用后端的第一个拓扑键来选择端点。 如果这个字段被配置了而没有后端可以匹配客户端拓扑,那么这个 Service 对那个客户端是没有后端的,链接应该是失败的。 这个字段配置为"*"意味着任意拓扑。 这个通配符值如果使用了,那么只有作为配置值列表中的最后一个才有用。

如果 topologyKeys 没有指定或者为空,就没有启用这个拓扑约束。

一个集群中,其 Node 的标签被打为其主机名区域名地区名。 那么就可以设置 Service 的 topologyKeys 的值,像下面的做法一样定向流量了。

  • 只定向到同一个 Node 上的端点,Node 上没有端点存在时就失败: 配置 ["kubernetes.io/hostname"]
  • 偏向定向到同一个 Node 上的端点,回退同一区域的端点上,然后是同一地区, 其它情况下就失败:配置 ["kubernetes.io/hostname", "topology.kubernetes.io/zone", "topology.kubernetes.io/region"]。 这或许很有用,例如,数据局部性很重要的情况下。
  • 偏向于同一区域,但如果此区域中没有可用的终结点,则回退到任何可用的终结点: 配置 ["topology.kubernetes.io/zone", "*"]

约束条件

  • 服务拓扑和 externalTrafficPolicy=Local不兼容的,所以 Service 不能同时使用这两种特性。 但是在同一个集群的不同 Service 上是可以分别使用这两种特性的,只要不在同一个 Service 上就可以。

  • 有效的拓扑键目前只有:kubernetes.io/hostnametopology.kubernetes.io/zonetopology.kubernetes.io/region,但是未来会推广到其它的 Node 标签。

  • 拓扑键必须是有效的标签,并且最多指定16个

  • 通配符:"*",如果要用,则必须是拓扑键值的最后一个值

示例

以下是使用服务拓扑功能的常见示例。

仅节点本地端点

仅路由到节点本地端点的一种服务。如果节点上不存在端点,流量则被丢弃:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  topologyKeys:
    - "kubernetes.io/hostname"

首选节点本地端点

首选节点本地端点,如果节点本地端点不存在,则回退到集群范围端点的一种服务:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  topologyKeys:
    - "kubernetes.io/hostname"
    - "*"

仅地域或区域端点

首选地域端点而不是区域端点的一种服务。 如果以上两种范围内均不存在端点, 流量则被丢弃。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  topologyKeys:
    - "topology.kubernetes.io/zone"
    - "topology.kubernetes.io/region"

优先选择节点本地端点、地域端点,然后是区域端点

优先选择节点本地端点,地域端点,然后是区域端点,最后才是集群范围端点的 一种服务。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  topologyKeys:
    - "kubernetes.io/hostname"
    - "topology.kubernetes.io/zone"
    - "topology.kubernetes.io/region"
    - "*"