K8S中iptables和ipvs区别

- 日理万妓 2023-03-12 10:53 16阅读 0赞

从k8s的1.8版本开始，kube-proxy引入了IPVS模式，IPVS模式与iptables同样基于Netfilter，但是ipvs采用的hash表，iptables采用一条条的规则列表。iptables又是为了防火墙设计的，集群数量越多iptables规则就越多，而iptables规则是从上到下匹配，所以效率就越是低下。因此当service数量达到一定规模时，hash查表的速度优势就会显现出来，从而提高service的服务性能

每个节点的kube-proxy负责监听API server中service和endpoint的变化情况。将变化信息写入本地userspace、iptables、ipvs来实现service负载均衡，使用NAT将vip流量转至endpoint中。由于userspace模式因为可靠性和性能（频繁切换内核/用户空间）早已经淘汰，所有的客户端请求svc，先经过iptables，然后再经过kube-proxy到pod，所以性能很差。

ipvs和iptables都是基于netfilter的，两者差别如下：

*  ipvs 为大型集群提供了更好的可扩展性和性能
 *  ipvs 支持比 iptables 更复杂的负载均衡算法（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

**一、Iptables模式**

在这种模式下，kube-proxy监视API Server中service和endpoint的变化情况。对于每个service，它都生成相应的iptables规则，这些规则捕获到service的clusterIP和port的流量，并将这些流量随机重定向到service后端Pod。对于每个endpoint对象，它生成选择后端Pod的iptables规则。

如果选择的第一个Pod没有响应，kube-proxy将检测到到第一个Pod的连接失败，并将自动重试另一个后端Pod。

拓扑图：

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**缺点：**

iptables 因为它纯粹是为防火墙而设计的，并且基于内核规则列表，集群数量越多性能越差。

一个例子是，在5000节点集群中使用 NodePort 服务，如果我们有2000个服务并且每个服务有10个 pod，这将在每个工作节点上至少产生20000个 iptable 记录，这可能使内核非常繁忙。

**二、IPVS模式（NAT模式）**

在这种模式下，kube-proxy监听API Server中service和endpoint的变化情况，调用netlink接口创建相应的ipvs规则，并定期将ipvs规则与Kubernetes服 Services和Endpoints同步。保证IPVS状态。当访问Services时，IPVS将流量定向到后端pod之一。

IPVS代理模式基于netfilter hook函数，该函数类似于iptables模式，但使用hash表作为底层数据结构，在内核空间中工作。这意味着IPVS模式下的kube-proxy使用更低的重定向流量。其同步规则的效率和网络吞吐量也更高。

拓扑图：

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**说明：**

ipvs依赖iptables进行包过滤、SNAT、masquared(伪装)。 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

如果没有加载并启用ipvs模块，或者没有配置ipvs相关配置，则会被降级成iptables模式。

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