内容简介：ipvs (IP Virtual Server)实现了传输层负载均衡，也就是我们常说的4层我们知道ipvs 会使用 iptables 进行包过滤、SNAT、masquared(伪装)。具体来说，ipvs 将使用
ipvs (IP Virtual Server)实现了传输层负载均衡，也就是我们常说的4层 LAN 交换，作为 Linux 内核的一部分。 ipvs 运行在主机上，在真实服务器集群前充当负载均衡器。 ipvs 可以将基于 TCP 和 UDP 的服务请求转发到真实服务器上，并使真实服务器的服务在单个 IP 地址上显示为虚拟服务。
ipvs vs. iptables
我们知道 kube-proxy 支持 iptables 和 ipvs 两种模式， 在 kubernetes v1.8 中引入了 ipvs 模式，在 v1.9 中处于 beta 阶段，在 v1.11 中已经正式可用了。iptables 模式在 v1.1 中就添加支持了，从 v1.2 版本开始 iptables 就是 kube-proxy 默认的操作模式，ipvs 和 iptables 都是基于 netfilter 的，那么 ipvs 模式和 iptables 模式之间有哪些差异呢？
- ipvs 为大型集群提供了更好的可扩展性和性能
- ipvs 支持比 iptables 更复杂的复制均衡算法（最小负载、最少连接、加权等等）
- ipvs 支持服务器健康检查和连接重试等功能
ipvs 依赖 iptables
ipvs 会使用 iptables 进行包过滤、SNAT、masquared(伪装)。具体来说，ipvs 将使用 ipset 来存储需要 DROP 或 masquared 的流量的源或目标地址，以确保 iptables 规则的数量是恒定的，这样我们就不需要关心我们有多少服务了
下表就是 ipvs 使用的 ipset 集合：
| set name | members | usage |
|---|---|---|
| KUBE-CLUSTER-IP | All service IP + port | Mark-Masq for cases that masquerade-all=true or clusterCIDR specified |
| KUBE-LOOP-BACK | All service IP + port + IP | masquerade for solving hairpin purpose |
| KUBE-EXTERNAL-IP | service external IP + port | masquerade for packages to external IPs |
| KUBE-LOAD-BALANCER | load balancer ingress IP + port | masquerade for packages to load balancer type service |
| KUBE-LOAD-BALANCER-LOCAL | LB ingress IP + port with externalTrafficPolicy=local |
accept packages to load balancer with externalTrafficPolicy=local |
| KUBE-LOAD-BALANCER-FW | load balancer ingress IP + port with loadBalancerSourceRanges |
package filter for load balancer with loadBalancerSourceRanges specified |
| KUBE-LOAD-BALANCER-SOURCE-CIDR | load balancer ingress IP + port + source CIDR | package filter for load balancer with loadBalancerSourceRanges specified |
| KUBE-NODE-PORT-TCP | nodeport type service TCP port | masquerade for packets to nodePort(TCP) |
| KUBE-NODE-PORT-LOCAL-TCP | nodeport type service TCP port with externalTrafficPolicy=local |
accept packages to nodeport service with externalTrafficPolicy=local |
| KUBE-NODE-PORT-UDP | nodeport type service UDP port | masquerade for packets to nodePort(UDP) |
| KUBE-NODE-PORT-LOCAL-UDP | nodeport type service UDP port with externalTrafficPolicy=local |
accept packages to nodeport service with externalTrafficPolicy=local |
在以下情况下，ipvs 将依赖于 iptables:
1. kube-proxy 配置参数 –masquerade-all=true
如果 kube-proxy 配置了 --masquerade-all=true 参数，则 ipvs 将伪装所有访问 Service 的 Cluster IP 的流量，此时的行为和 iptables 是一致的，由 ipvs 添加的 iptables 规则如下：
# iptables -t nat -nL Chain PREROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain OUTPUT (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain POSTROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-POSTROUTING all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes postrouting rules */ Chain KUBE-MARK-MASQ (2 references) target prot opt source destination MARK all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 MARK or 0x4000 Chain KUBE-POSTROUTING (1 references) target prot opt source destination MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service traffic requiring SNAT */ mark match 0x4000/0x4000 MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOOP-BACK dst,dst,src Chain KUBE-SERVICES (2 references) target prot opt source destination KUBE-MARK-MASQ all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-CLUSTER-IP dst,dst ACCEPT all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-CLUSTER-IP dst,dst
2. 在 kube-proxy 启动时指定集群 CIDR
如果 kube-proxy 配置了 --cluster-cidr=<cidr> 参数，则 ipvs 会伪装所有访问 Service Cluster IP 的外部流量，其行为和 iptables 相同，假设 kube-proxy 提供的集群 CIDR 值为： 10.244.16.0/24 ，那么 ipvs 添加的 iptables 规则应该如下所示：
# iptables -t nat -nL Chain PREROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain OUTPUT (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain POSTROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-POSTROUTING all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes postrouting rules */ Chain KUBE-MARK-MASQ (3 references) target prot opt source destination MARK all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 MARK or 0x4000 Chain KUBE-POSTROUTING (1 references) target prot opt source destination MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service traffic requiring SNAT */ mark match 0x4000/0x4000 MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOOP-BACK dst,dst,src Chain KUBE-SERVICES (2 references) target prot opt source destination KUBE-MARK-MASQ all -- !10.244.16.0/24 0.0.0.0/0 match-set KUBE-CLUSTER-IP dst,dst ACCEPT all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-CLUSTER-IP dst,dst
3. Load Balancer 类型的 Service
对于 loadBalancer 类型的服务，ipvs 将安装匹配 KUBE-LOAD-BALANCER 的 ipset 的 iptables 规则。特别当服务的 LoadBalancerSourceRanges 被指定或指定 externalTrafficPolicy=local 的时候，ipvs 将创建 ipset 集合 KUBE-LOAD-BALANCER-LOCAL / KUBE-LOAD-BALANCER-FW / KUBE-LOAD-BALANCER-SOURCE-CIDR ，并添加相应的 iptables 规则，如下所示规则：
# iptables -t nat -nL Chain PREROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain OUTPUT (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain POSTROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-POSTROUTING all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes postrouting rules */ Chain KUBE-FIREWALL (1 references) target prot opt source destination RETURN all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOAD-BALANCER-SOURCE-CIDR dst,dst,src KUBE-MARK-DROP all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 Chain KUBE-LOAD-BALANCER (1 references) target prot opt source destination KUBE-FIREWALL all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOAD-BALANCER-FW dst,dst RETURN all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOAD-BALANCER-LOCAL dst,dst KUBE-MARK-MASQ all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 Chain KUBE-MARK-DROP (1 references) target prot opt source destination MARK all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 MARK or 0x8000 Chain KUBE-MARK-MASQ (2 references) target prot opt source destination MARK all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 MARK or 0x4000 Chain KUBE-POSTROUTING (1 references) target prot opt source destination MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service traffic requiring SNAT */ mark match 0x4000/0x4000 MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOOP-BACK dst,dst,src Chain KUBE-SERVICES (2 references) target prot opt source destination KUBE-LOAD-BALANCER all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOAD-BALANCER dst,dst ACCEPT all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOAD-BALANCER dst,dst
4. NodePort 类型的 Service
对于 NodePort 类型的服务，ipvs 将添加匹配 KUBE-NODE-PORT-TCP/KUBE-NODE-PORT-UDP 的 ipset 的iptables 规则。当指定 externalTrafficPolicy=local 时，ipvs 将创建 ipset 集 KUBE-NODE-PORT-LOCAL-TC/KUBE-NODE-PORT-LOCAL-UDP 并安装相应的 iptables 规则，如下所示：(假设服务使用 TCP 类型 nodePort)
Chain PREROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain OUTPUT (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain POSTROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-POSTROUTING all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes postrouting rules */ Chain KUBE-MARK-MASQ (2 references) target prot opt source destination MARK all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 MARK or 0x4000 Chain KUBE-NODE-PORT (1 references) target prot opt source destination RETURN all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-NODE-PORT-LOCAL-TCP dst KUBE-MARK-MASQ all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 Chain KUBE-POSTROUTING (1 references) target prot opt source destination MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service traffic requiring SNAT */ mark match 0x4000/0x4000 MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOOP-BACK dst,dst,src Chain KUBE-SERVICES (2 references) target prot opt source destination KUBE-NODE-PORT all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-NODE-PORT-TCP dst
5. 指定 externalIPs 的 Service
对于指定了 externalIPs 的 Service，ipvs 会安装匹配 KUBE-EXTERNAL-IP ipset 集的 iptables 规则，假设我们有指定了 externalIPs 的 Service，则 iptables 规则应该如下所示：
Chain PREROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain OUTPUT (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-SERVICES all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service portals */ Chain POSTROUTING (policy ACCEPT) target prot opt source destination KUBE-POSTROUTING all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes postrouting rules */ Chain KUBE-MARK-MASQ (2 references) target prot opt source destination MARK all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 MARK or 0x4000 Chain KUBE-POSTROUTING (1 references) target prot opt source destination MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 /* kubernetes service traffic requiring SNAT */ mark match 0x4000/0x4000 MASQUERADE all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-LOOP-BACK dst,dst,src Chain KUBE-SERVICES (2 references) target prot opt source destination KUBE-MARK-MASQ all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-EXTERNAL-IP dst,dst ACCEPT all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-EXTERNAL-IP dst,dst PHYSDEV match ! --physdev-is-in ADDRTYPE match src-type !LOCAL ACCEPT all -- 0.0.0.0/0 0.0.0.0/0 match-set KUBE-EXTERNAL-IP dst,dst ADDRTYPE match dst-type LOCAL
kube-proxy 使用 ipvs 模式
目前，本地化脚本、GCE 脚本和 kubeadm 支持通过导入环境变量或者指定标志来切换 ipvs 代理模式
要求
确保 ipvs 需要的内核模块，需要下面几个模块：ip_vs、ip_vs_rr、ip_vs_wrr、ip_vs_sh、nf_conntrack_ipv4
已编译到节点内核中的，可以使用如下命令检查：
$ grep -e ipvs -e nf_conntrack_ipv4 /lib/modules/$(uname -r)/modules.builtin # 如果相关内核模块已经编译到内核中，可以得到如下结果： kernel/net/ipv4/netfilter/nf_conntrack_ipv4.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_rr.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_wrr.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lc.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_wlc.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_fo.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_ovf.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lblc.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_lblcr.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_dh.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_sh.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_sed.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_nq.ko kernel/net/netfilter/ipvs/ip_vs_ftp.ko
已经加载。
# 加载模块 <module_name> modprobe -- ip_vs modprobe -- ip_vs_rr modprobe -- ip_vs_wrr modprobe -- ip_vs_sh modprobe -- nf_conntrack_ipv4 # 检查加载的模块 lsmod | grep -e ipvs -e nf_conntrack_ipv4 # 或者 cut -f1 -d " " /proc/modules | grep -e ip_vs -e nf_conntrack_ipv4
在使用 ipvs 模式之前，还应在节点上安装 ipset 相关的软件包，如果不满足需求 kube-proxy 会回退到 iptables 的模式。
本地集群
在 本地集群 中 kube-proxy 默认会运行 iptables 的模式。 要使用 ipvs 模式，在 启动集群 之前需要导入 KUBE_PROXY_MODE=ipvs 的环境变量：
# 运行脚本 hack/local-up-cluster.sh 之前 export KUBE_PROXY_MODE=ipvs
GCE 集群
和本地集群一样， GCE 集群 中的 kube-proxy 默认也是 iptables 模式，在 启动集群 之前同样需要导入环境变量 KUBE_PROXY_MODE=ipvs :
# 运行前选择下面的一条命令启动集群: # curl -sS https://get.k8s.io | bash # wget -q -O - https://get.k8s.io | bash # cluster/kube-up.sh export KUBE_PROXY_MODE=ipvs
使用 kubeadm 搭建的集群
通过kubeadm部署的集群中 kube-proxy 同样默认是 iptables 模式。
如果你是通过 配置文件 来使用的 kubeadm，则可以在 kubeProxy 属性下面添加 SupportIPVSProxyMode: true 来启用 ipvs 模式：
kind: MasterConfiguration
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1alpha1
...
kubeProxy:
config:
mode: ipvs
...
然后执行初始化命令即可：
$ kubeadm init --config <path_to_configuration_file>
如果你使用的是 v1.8 版本的 kubernetes，你也可以在 kubeadm init 命令中增加 --feature-gates=SupportIPVSProxyMode=true 标志来来启用 ipvs 模式：
$ kubeadm init --feature-gates=SupportIPVSProxyMode=true
注意该参数在 v1.9 后已经弃用掉了
注意
如果成功启用了 ipvs 模式，你应该可以使用 ipvsadm 之类的 工具 看到如下的一些 ipvs 代理规则：
# ipvsadm -ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 10.0.0.1:443 rr persistent 10800 -> 192.168.0.1:6443 Masq 1 1 0
或者在 kube-proxy 日志中可以看到如下的一些日志信息：
Using ipvs Proxier.
当没有这些 ipvs 代理规则或者出现了下面的这些日志信息的时候表明 kube-proxy 的 ipvs 模式启用失败了：
Can't use ipvs proxier, trying iptables proxier Using iptables Proxier.
可以参考下面的调试方法进行错误信息排查
调试
检查 ipvs 代理规则
用户可以使用 ipvsadm 工具检查 kube-proxy 是否维护正确的 ipvs 规则，比如，我们在集群中有以下一些服务：
$ kubectl get svc --all-namespaces NAMESPACE NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE default kubernetes ClusterIP 10.0.0.1 <none> 443/TCP 1d kube-system kube-dns ClusterIP 10.0.0.10 <none> 53/UDP,53/TCP 1d
我们可以得到如下的一些 ipvs 代理规则：
# ipvsadm -ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096) Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn TCP 10.0.0.1:443 rr persistent 10800 -> 192.168.0.1:6443 Masq 1 1 0 TCP 10.0.0.10:53 rr -> 172.17.0.2:53 Masq 1 0 0 UDP 10.0.0.10:53 rr -> 172.17.0.2:53 Masq 1 0 0
为什么 kube-proxy 无法启动 ipvs模式
可以使用下面的一些方法来帮助我们解决这些问题：
1. 启用 ipvs feature gate
对于 kubernetes v1.10 版本之后，feature gate SupportIPVSProxyMode 已经被默认设置为 true 了，但是如果你是 v1.10 之前的版本，你需要手动设置 --feature-gates=SupportIPVSProxyMode=true 来启用该 feature。
2. 指定 proxy-mode=ipvs
检查 kube-proxy 的 model 是否被设置为了 ipvs 。
3. 安装需要的内核模块和软件包
检查 ipvs 需要的内核模块是否已经被编译进内核模块中，以及需要的软件包（可以参考前面的环境要求部分）
扫描下面的二维码(或微信搜索 k8s技术圈 )关注我们的微信公众帐号，在微信公众帐号中回复 加群 即可加入到我们的 kubernetes 讨论群里面共同学习。
以上所述就是小编给大家介绍的《ipvs 基本介绍》，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持！
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