Kubernetes 中的服务发现与网络路由
本文介绍 Kubernetes 网络与服务的核心概念，重点阐述 Service 及其相关组件如何实现 Pod 间通信与应用对外暴露。
Service 概述
Service 是 Kubernetes 中用于定义一组逻辑 Pod 及其访问策略的抽象，提供稳定的访问入口，实现应用间的解耦。
Service 类型
Kubernetes 支持多种 Service 类型，满足不同场景下的访问需求。
| 类型 | 描述 | 典型场景 |
|---|---|---|
| ClusterIP | 仅集群内可访问 | 应用间内部通信 |
| NodePort | 每个节点开放静态端口 | 开发测试、简单外部访问 |
| LoadBalancer | 云厂商负载均衡器 | 生产环境对外服务 |
| ExternalName | 映射到外部 DNS 名称 | 访问集群外部服务 |
ClusterIP（默认）仅集群内可访问，NodePort 和 LoadBalancer 均基于 ClusterIP 增加了外部访问能力。
Service 选择器与端点
Service 通过标签选择器确定后端 Pod，Kubernetes 自动生成 EndpointSlice 记录所有匹配 Pod 的 IP。无选择器的 Service 可手动管理 EndpointSlice。
多端口与 Headless Service
Service 支持多端口暴露，需为每个端口命名。Headless Service（clusterIP: None）不提供统一 IP，而是直接暴露所有后端 Pod 的 IP，适用于需要点对点连接的有状态应用。
EndpointSlice 机制
EndpointSlice 是 Kubernetes 跟踪网络端点的高效机制，适合大规模 Service。
控制面自动为带选择器的 Service 创建和维护 EndpointSlice，每个 Slice 包含一组端点的地址、端口和状态。
服务与 Pod 的 DNS
Kubernetes 为 Service 和 Pod 提供 DNS 记录，实现基于名称的服务发现。
Service DNS 记录
普通 Service 在 my-service.my-namespace.svc.cluster.local 生成 A/AAAA 记录，Headless Service 为每个后端 Pod 生成独立记录。
Pod DNS 记录
Pod 的 DNS 记录格式如下：
pod-ip-address.my-namespace.pod.cluster.local
Pod DNS 配置
可通过 dnsPolicy 和 dnsConfig 字段配置 Pod 的 DNS 行为：
Default：继承节点 DNS 配置ClusterFirst：优先使用集群 DNSClusterFirstWithHostNet：hostNetwork Pod 专用None：忽略集群 DNS 设置
Ingress 入口资源
Ingress 用于将集群外部的 HTTP/HTTPS 流量路由到集群内 Service，支持基于主机名和路径的转发。
常见 Ingress Controller 包括 NGINX、AWS Load Balancer、GCE Ingress 等。
路径类型
Ingress 支持多种路径匹配方式：
| 路径类型 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| Prefix | 按 / 分割的前缀匹配 | /foo 匹配 /foo/bar |
| Exact | 精确路径匹配 | /foo 仅匹配 /foo |
| ImplementationSpecific | 由 IngressClass 决定 | 依赖控制器实现 |
网络策略（NetworkPolicy）
NetworkPolicy 允许基于标签选择器定义 Pod 的网络访问规则，实现细粒度的流量隔离。
NetworkPolicy 支持：
- Ingress：入站流量控制
- Egress：出站流量控制
默认无策略时全部放通，应用策略后仅允许显式声明的流量。
双栈网络（IPv4/IPv6）
Kubernetes 支持双栈网络，可为 Pod 和 Service 分配 IPv4 与 IPv6 地址（1.21+ 默认启用）。
Service 的 ipFamilyPolicy 可设为：
SingleStack：仅分配首个 IP 家族PreferDualStack：优先双栈，若支持则分配双 IPRequireDualStack：强制要求双栈，否则失败
Service 内部流量策略
通过设置 .spec.internalTrafficPolicy: Local，可让 Service 仅将内部流量路由到本节点上的后端 Pod，提升性能并减少跨节点流量。
总结
Kubernetes 网络与服务系统通过 Service、EndpointSlice、DNS、Ingress、NetworkPolicy 等机制，实现了集群内外的高效服务发现、流量调度与安全隔离。掌握这些核心机制，有助于设计和运维高可用、可扩展的云原生应用网络。
参考文献
- Kubernetes Service 官方文档 - kubernetes.io
- Kubernetes Ingress 官方文档 - kubernetes.io
- Kubernetes NetworkPolicy 官方文档 - kubernetes.io