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kube-proxyの裏側

Posted at 2023-10-08

Kubernetesとは？
Kubernetesは、コンテナ化されたアプリケーションをデプロイ、スケーリング、および管理するためのオープンソースのオーケストレーションプラットフォームです。

kube-proxyの役割
kube-proxyは、Kubernetesクラスタ内の各ノード上に存在するキーとなるエージェントです。主にServiceオブジェクトとそれに対応するエンドポイントの変更を監視し、これらの変更をノード内のネットワークルールに反映します。

kube-proxyの位置づけ
kube-proxyはKubernetesクラスタの通信のコア部分を担当しています。通常、DaemonSetとしてクラスタ内で動作しますが、クラスタのインストールタイプに応じてノード上のLinuxプロセスとして直接インストールすることもできます。

クラスタ内のトラフィックの流れ
トラフィックがServiceに向けられると、それはkube-proxyによって適切なバックエンドPodに転送されます。これはNATルールに従って行われます。

iptablesモード
最も一般的な動作モード。kube-proxyはiptablesルールを使用してトラフィックをPodにルーティングします。

IPVSモード
IPVSは高性能なトラフィック転送のためのカーネルモジュールで、大規模な環境でのスケーラビリティを向上させます。

モードの違いと利点
iptablesモードはシンプルで、小〜中規模のクラスタには適しています。一方、IPVSモードは大規模なクラスタや高いトラフィックを扱う環境でのパフォーマンスを向上させます。

エンドポイントオブジェクトとは？
エンドポイントオブジェクトは、特定のServiceが指すPodのIPアドレスとポートの集合を保持します。これにより、トラフィックが適切にルーティングされることが保証されます。

ルーティングルールの動的な更新
kube-proxyは、エンドポイントオブジェクトの変更を常に監視しています。変更があると、kube-proxyはこれを検出し、必要に応じてノードのネットワークルールを更新します。

DNATとは？
DNATは、宛先のIPアドレスやポートを変更するための手法です。これにより、外部からのトラフィックは適切な内部のPodやServiceに転送されます。

SNATとは？
SNATは、送信元のIPアドレスやポートを変更するための手法です。これにより、内部からのトラフィックは適切に外部の宛先に転送され

ます。

ClusterIPとNAT
ClusterIPサービスは、クラスタ内部のみからアクセス可能なIPアドレスを持つServiceのタイプです。外部からのアクセスからIPを隠蔽するためにDNATが使用されます。

外部からのトラフィックの流れ
LoadBalancerタイプのServiceが使用されると、外部のトラフィックはまずLoadBalancerにルーティングされ、次に適切なノードやPodに転送されます。

ロードバランサーとの連携
kube-proxyはロードバランサーと連携して動作します。ロードバランサーがトラフィックを適切なノードに転送すると、kube-proxyがそのノード内でトラフィックを適切なPodにルーティングします。

ノード内のトラフィック分散
ノード内でのトラフィックの分散は、kube-proxyによって行われます。トラフィックは、Serviceに関連付けられたPodの中からランダムに選択されるか、特定のロードバランシング戦略に基づいてルーティングされます。

kube-proxyの重要性
kube-proxyは、Kubernetesクラスタ内のトラフィックの流れを管理し、ServiceとPodの間で適切なルーティングを行うキーとなるコンポーネントです。

Kubernetesネットワークの理解の深化
Kubernetesのネットワークは、多くの動的な要素と連携して動作します。kube-proxyの役割を理解することは、Kubernetesのネットワーク全体の理解を深めるための鍵となります。