Kubernetes 使用拓扑键实现拓扑感知的流量路由

使用拓扑键实现拓扑感知的流量路由

FEATURE STATE: Kubernetes v1.21 [deprecated]

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，区域名和地区名。 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​ 是不兼容的，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/hostname​、​topology.kubernetes.io/zone​ 和 ​topology.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"
    - "*"