为网络路由配置 Kubernetes 代理

简介

Kube Proxy 是 Kubernetes 生态系统中的一个关键组件，负责管理 Kubernetes 集群内的网络连接和负载均衡。本全面指南将带你了解 Kube Proxy 的各个重要方面，从理解其架构和配置到探索高级功能和用例。

Skills Graph

%%%%{init: {'theme':'neutral'}}%%%% flowchart RL kubernetes(("Kubernetes")) -.-> kubernetes/CoreConceptsGroup(["Core Concepts"]) kubernetes(("Kubernetes")) -.-> kubernetes/TroubleshootingandDebuggingCommandsGroup(["Troubleshooting and Debugging Commands"]) kubernetes(("Kubernetes")) -.-> kubernetes/ConfigurationandVersioningGroup(["Configuration and Versioning"]) kubernetes/CoreConceptsGroup -.-> kubernetes/architecture("Architecture") kubernetes/TroubleshootingandDebuggingCommandsGroup -.-> kubernetes/proxy("Proxy") kubernetes/ConfigurationandVersioningGroup -.-> kubernetes/config("Config") subgraph Lab Skills kubernetes/architecture -.-> lab-391799{{"为网络路由配置 Kubernetes 代理"}} kubernetes/proxy -.-> lab-391799{{"为网络路由配置 Kubernetes 代理"}} kubernetes/config -.-> lab-391799{{"为网络路由配置 Kubernetes 代理"}} end

Kube Proxy 基础

Kubernetes 代理简介

Kube Proxy 是 Kubernetes 网络中的一个关键组件，负责在集群节点间实现网络路由和服务发现。它管理着允许 Kubernetes 集群内不同服务和 Pod 之间进行通信的网络规则。

核心功能

Kube Proxy 执行三项主要的网络操作：

服务负载均衡
网络路由
连接转发

graph TD A[客户端请求] --> B{Kube Proxy} B --> |网络规则| C[服务端点] B --> |负载均衡| D[Pod 选择]

配置模式

Kubernetes 支持三种代理模式：

模式	描述	性能
userspace	最旧的模式，较慢	低
iptables	默认模式	中等
ipvs	最先进的模式	高

Ubuntu 22.04 配置示例

## 检查当前的 kube-proxy 配置
kubectl get configmap kube-proxy -n kube-system -o yaml

## 验证 kube-proxy 模式
kubectl get pods -n kube-system | grep kube-proxy

网络路由机制

Kube Proxy 创建网络规则以实现无缝的服务发现和路由。它将服务端点转换为网络路由配置，使 Pod 能够在集群中高效通信。

代理模式与策略

代理模式概述

Kubernetes 支持三种不同的代理模式，每种模式在网络路由和服务发现方面都有独特的特性和性能影响。

用户空间代理模式

最古老的代理模式，直接与内核交互：

graph LR A[客户端请求] --> B[用户空间代理] B --> C[服务端点] B --> D[Pod 选择]

性能特点：

性能最低
CPU 开销高
适用于遗留系统

IPTables 代理模式

默认且最常用的代理模式：

特性	描述
路由方法	基于 NAT
性能	中等
内核交互	直接使用 iptables 规则

## 检查 iptables 规则
sudo iptables -t nat -L KUBE-SERVICES

IPVS 代理模式

具有卓越性能的高级代理模式：

graph TD A[负载均衡器] --> B{IPVS} B --> C[服务端点 1] B --> D[服务端点 2] B --> E[服务端点 3]

主要优点：

性能最高
支持多种负载均衡算法
内核级路由

Ubuntu 22.04 IPVS 配置

## 启用 IPVS 模块
sudo modprobe ip_vs
sudo modprobe ip_vs_rr
sudo modprobe ip_vs_wrr
sudo modprobe ip_vs_sh

## 验证 IPVS 模块
lsmod | grep ip_vs

高级 Kube Proxy 配置

网络策略集成

Kube Proxy 在实施网络策略和服务暴露策略方面发挥着关键作用：

graph TD A[网络策略] --> B{Kube Proxy} B --> C[入站规则] B --> D[出站规则] B --> E[服务路由]

性能调优参数

用于优化代理性能的关键配置选项：

参数	描述	默认值
`clusterCIDR`	集群网络 CIDR	自动
`conntrack-max`	最大跟踪连接数	131072
`conntrack-tcp-timeout-established`	TCP 连接超时时间	86400 秒

Ubuntu 22.04 代理配置示例

## 生成 kube-proxy 配置
kubectl get configmap kube-proxy -n kube-system -o yaml > kube-proxy-config.yaml

## 编辑配置
vim kube-proxy-config.yaml

## 示例配置片段
apiVersion: v1
data:
config.conf: | -
apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: "ipvs"
ipvs:
strictARP: true
scheduler: "rr"

服务暴露策略

Kube Proxy 支持多种服务暴露方法：

graph LR A[服务类型] --> B{暴露方法} B --> C[ClusterIP] B --> D[NodePort] B --> E[LoadBalancer] B --> F[ExternalName]

网络性能优化

## 内核参数调优
sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo sysctl -w net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1

## 验证代理配置
kubectl get configmap kube-proxy -n kube-system

总结

在本 Kube Proxy 教程中，你将学习如何有效地配置和排查 Kube Proxy 的故障，利用其负载均衡功能，将其与 Kubernetes 网络策略集成，并探索可提升 Kubernetes 部署的整体网络性能和安全性的高级特性。通过掌握 Kube Proxy，你将能够为基于 Kubernetes 的应用构建一个强大且可扩展的网络基础设施。