Service

Pod pada Kubernetes bersifat mortal. Artinya apabila pod-pod tersebut dibuat dan kemudian mati, pod-pod tersebut tidak akan dihidupkan kembali. ReplicaSets secara khusus bertugas membuat dan menghapus Pod secara dinamis (misalnya, pada proses scaling out atau scaling in). Meskipun setiap Pod memiliki alamat IP-nya masing-masing, kamu tidak dapat mengandalkan alamat IP yang diberikan pada pod-pod tersebut, karena alamat IP yang diberikan tidak stabil. Hal ini kemudian menimbulkan pertanyaan baru: apabila sebuah sekumpulan Pod (yang selanjutnya kita sebut backend) menyediakan service bagi sebuah sekumpulan Pod lain (yang selanjutnya kita sebut frontend) di dalam klaster Kubernetes, bagaimana cara frontend menemukan backend mana yang digunakan?

Inilah alasan kenapa Service ada.

Sebuah Service pada Kubernetes adalah sebuah abstraksi yang memberikan definisi set logis yang terdiri beberapa Pod serta policy bagaimana cara kamu mengakses sekumpulan Pod tadi - seringkali disebut sebagai microservices. Set Pod yang dirujuk oleh suatu Service (biasanya) ditentukan oleh sebuah Label Selector (lihat penjelasan di bawah untuk mengetahui alasan kenapa kamu mungkin saja membutuhkan Service tanpa sebuah selector).

Sebagai contoh, misalnya terdapat sebuah backend yang menyediakan fungsionalitas image-processing yang memiliki 3 buah replica. Replica-replica tadi sifatnya sepadan - dengan kata lain frontend tidak peduli backend manakah yang digunakan. Meskipun Pod penyusun sekumpulan backend bisa berubah, frontend tidak perlu peduli bagaimana proses ini dijalankan atau menyimpan list dari backend-backend yang ada saat itu. Service memiliki tujuan untuk decouple mekanisme ini.

Untuk aplikasi yang dijalankan di atas Kubernetes, Kubernetes menyediakan API endpoint sederhana yang terus diubah apabila state sebuah sekumpulan Pod di dalam suatu Service berubah. Untuk aplikasi non-native, Kubernetes menyediakan bridge yang berbasis virtual-IP bagi Service yang diarahkan pada Pod backend.

Mendefinisikan sebuah Service

Sebuah Service di Kubernetes adalah sebuah objek REST, layaknya sebuah Pod. Seperti semua objek REST, definisi Service dapat dikirim dengan method POST pada apiserver untuk membuat sebuah instans baru. Sebagai contoh, misalnya saja kamu memiliki satu sekumpulan Pod yang mengekspos port 9376 dan memiliki label "app=MyApp".

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376

Spesifikasi ini akan ditranslasikan sebagai sebuah objek Service baru dengan nama "my-service" dengan target port 9376 pada setiap Pod yang memiliki label "app=MyApp". Service ini juga akan memiliki alamat IP tersendiri (yang terkadang disebut sebagai "cluster IP"), yang nantinya akan digunakan oleh service proxy (lihat di bagian bawah). Selector pada Service akan selalu dievaluasi dan hasilnya akan kembali dikirim dengan menggunakan method POST ke objek Endpoints yang juga disebut "my-service".

Perhatikan bahwa sebuah Service dapat melakukan pemetaan setiap incoming port pada targetPort mana pun. Secara default, field targetPort akan memiliki value yang sama dengan value dari field port. Hal menarik lainnya adalah value dari targetPort bisa saja berupa string yang merujuk pada nama dari port yang didefinisikan pada Pod backend. Nomor port yang diberikan pada port dengan nama tadi bisa saja memiliki nilai yang berbeda di setiap Pod backend. Hal ini memberikan fleksibilitas pada saat kamu melakukan deploy atau melakukan perubahan terhadap Service. Misalnya saja suatu saat kamu ingin mengubah nomor port yang ada pada Pod backend pada rilis selanjutnya tanpa menyebabkan permasalahan pada sisi klien.

Secara default, protokol yang digunakan pada service adalah TCP, tapi kamu bisa saja menggunakan protokol yang tersedia. Karena banyak Service memiliki kebutuhan untuk mengekspos lebih dari sebuah port, Kubernetes menawarkan definisi multiple port pada sebuah objek Service. Setiap definisi port dapat memiliki protokol yang berbeda.

Service tanpa selector

Secara umum, Service memberikan abstraksi mekanisme yang dilakukan untuk mengakses Pod, tapi mereka juga melakukan abstraksi bagi backend lainnya. Misalnya saja:

• Kamu ingin memiliki sebuah basis data eksternal di environment production tapi pada tahap test, kamu ingin menggunakan basis datamu sendiri.
• Kamu ingin merujuk service kamu pada service lainnya yang berada pada Namespace yang berbeda atau bahkan klaster yang berbeda.
• Kamu melakukan migrasi workloads ke Kubernetes dan beberapa backend yang kamu miliki masih berada di luar klaster Kubernetes.

Berdasarkan skenario-skenario di atas, kamu dapat membuat sebuah Service tanpa selector:

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376

Karena Service ini tidak memiliki selector, objek Endpoints bagi Service ini tidak akan dibuat. Dengan demikian, kamu bisa membuat Endpoints yang kamu inginkan:

kind: Endpoints
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
subsets:
  - addresses:
      - ip: 1.2.3.4
    ports:
      - port: 9376

Catatan: Perhatikan bahwa alamat IP yang kamu buat untuk Endpoints tidak boleh berupa loopback (127.0.0.0/8), link-local (169.254.0.0/16), atau link-local multicast (224.0.0.0/24). Alamat IP tersebut juga tidak boleh berupa cluster IP dari Service Kubernetes lainnya, karena kube-proxy belum menyediakan dukungan IP virtual sebagai destination.

Cara mengakses suatu Service tanpa selector sama saja dengan mengakses suatu Service dengan selector. Trafik yang ada akan di-route ke Endpoints yang dispesifikasikan oleh pengguna (dalam contoh kali ini adalah 1.2.3.4:9376).

Sebuah ExternalName Service merupakan kasus spesial dari Service dimana Service tidak memiliki selector dan menggunakan penamaan DNS. Untuk informasi lebih lanjut silahkan baca bagian ExternalName.

IP Virtual dan proxy Service

Setiap node di klaster Kubernetes menjalankan kube-proxy. kube-proxy bertanggung jawab terhadap implementasi IP virtual bagi Services dengan tipe selain ExternalName.

Pada Kubernetes versi v1.0, Services adalah "layer 4" (TCP/UDP pada IP), proxy yang digunakan murni berada pada userspace. Pada Kubernetes v1.1, API Ingress ditambahkan untuk merepresentasikan "layer 7"(HTTP), proxy iptables juga ditambahkan dan menjadi mode operasi default sejak Kubernetes v1.2. Pada Kubernetes v1.8.0-beta.0, proxy ipvs juga ditambahkan.

Mode Proxy: userspace

Pada mode ini, kube-proxy mengamati master Kubernetes apabila terjadi penambahan atau penghapusan objek Service dan Endpoints. Untuk setiap Service, kube-proxy akan membuka sebuah port (yang dipilih secara acak) pada node lokal. Koneksi pada "proxy port" ini akan dihubungkan pada salah satu Pod backend dari Service (yang tercatat pada Endpoints). Pod backend yang akan digunakan akan diputuskan berdasarkan SessionAffinity pada Service. Langkah terakhir yang dilakukan oleh kube-proxy adalah melakukan instalasi rules iptables yang akan mengarahkan trafik yang ada pada clusterIP (IP virtual) dan port dari Service serta melakukan redirect trafik ke proxy yang memproksikan Pod backend. Secara default, mekanisme routing yang dipakai adalah round robin.

Mode Proxy: iptables

Pada mode ini, kube-proxy mengamati master Kubernetes apabila terjadi penambahan atau penghapusan objek Service dan Endpoints. Untuk setiap Service, kube-proxy akan melakukan instalasi rules iptables yang akan mengarahkan trafik ke clusterIP (IP virtual) dan port dari Service. Untuk setiap objek Endpoints, kube-proxy akan melakukan instalasi rules iptables yang akan memilih satu buah Pod backend. Secara default, pemilihan backend ini dilakukan secara acak.

Tentu saja, iptables yang digunakan tidak boleh melakukan switching antara userspace dan kernelspace, mekanisme ini harus lebih kokoh dan lebih cepat dibandingkan dengan userspace proxy. Meskipun begitu, berbeda dengan mekanisme proxy userspace, proxy iptables tidak bisa secara langsung menjalankan mekanisme retry ke Pod lain apabila Pod yang sudah dipilih sebelumnya tidak memberikan respons, dengan kata lain hal ini akan sangat bergantung pada readiness probes.

Mode Proxy: ipvs

Pada mode ini, kube-proxy mengamati Services dan Endpoints, kemudian memanggil interface netlink untuk membuat rules ipvs yang sesuai serta melakukan sinkronisasi rules ipvs dengan Services dan Endpoints Kubernetes secara periodik, untuk memastikan status ipvs konsisten dengan apa yang diharapkan. Ketika sebuah Services diakses, trafik yang ada akan diarahkan ke salah satu Pod backend.

Sama halnya dengan iptables, ipvs juga berdasarkan pada fungsi hook netfilter, bedanya adalah ipvs menggunakan struktur data hash table dan bekerja di kernelspace. Dengan kata lain ipvs melakukan redirect trafik dengan lebih cepat dan dengan performa yang lebih baik ketika melakukan sinkronisasi rules proxy. Selain itu, ipvs juga menyediakan lebih banyak opsi algoritma load balancing:

• rr: round-robin
• lc: least connection
• dh: destination hashing
• sh: source hashing
• sed: shortest expected delay
• nq: never queue

Catatan: Mode ipvs menggunakan module IPVS kernel yang diinstal pada node sebelum kube-proxy dijalankan. Ketika kube-proxy dijalankan dengan mode proxy ipvs, kube-proxy akan melakukan proses validasi, apakah module IPVS sudah diinstal di node, jika module tersebut belum diinstal, maka kube-proxy akan menggunakan mode iptables.

Dari sekian model proxy yang ada, trafik inbound apa pun yang ada diterima oleh IP:Port pada Service akan dilanjutkan melalui proxy pada backend yang sesuai, dan klien tidak perlu mengetahui apa informasi mendetail soal Kubernetes, Service, atau Pod. afinitas session (session affinity) berbasis Client-IP dapat dipilih dengan cara menerapkan nilai "ClientIP" pada service.spec.sessionAffinity (nilai default untuk hal ini adalah "None"), kamu juga dapat mengatur nilai maximum session timeout yang ada dengan mengatur opsi service.spec.sessionAffinityConfig.clientIP.timeoutSeconds jika sebelumnya kamu sudah menerapkan nilai "ClusterIP" pada service.spec.sessionAffinity (nilai default untuk opsi ini adalah "10800").

Multi-Port Services

Banyak Services dengan kebutuhan untuk mengekspos lebih dari satu port. Untuk kebutuhan inilah, Kubernetes mendukung multiple port definitions pada objek Service. Ketika menggunakan multiple port, kamu harus memberikan nama pada setiap port yang didefinisikan, sehingga Endpoint yang dibentuk tidak ambigu. Contoh:

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - name: http
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
  - name: https
    protocol: TCP
    port: 443
    targetPort: 9377

Perhatikan bahwa penamaan port hanya boleh terdiri dari karakter alphanumeric lowercase dan -, serta harus dimulai dan diakhiri dengan karakter alphanumeric, misalnya saja 123-abc dan web merupakan penamaan yang valid, tapi 123_abc dan -web bukan merupakan penamaan yang valid.

Memilih sendiri alamat IP yang kamu inginkan

Kamu dapat memberikan spesifikasi alamat cluster IP yang kamu inginkan sebagai bagian dari request pembuatan objek Service. Untuk melakukan hal ini, kamu harus mengisi fields .spec.clusterIP field. Contoh penggunaannya adalah sebagai berikut, misalnya saja kamu sudah memiliki entry DNS yang ingin kamu gunakan kembali, atau sebuah sistem legacy yang sudah diatur pada alamat IP spesifik dan sulit untuk diubah. Alamat IP yang ingin digunakan pengguna haruslah merupakan alamat IP yang valid dan berada di dalam range CIDR service-cluster-ip-range yang dispesifikasikan di dalam penanda yang diberikan apiserver. Jika value yang diberikan tidak valid, apiserver akan mengembalikan response code HTTP 422 yang mengindikasikan value yang diberikan tidak valid.

Mengapa tidak menggunakan DNS round-robin?

Pertanyaan yang selalu muncul adalah kenapa kita menggunakan IP virtual dan bukan DNS round-robin standar? Terdapat beberapa alasan dibalik semua itu:

• Terdapat sejarah panjang dimana library DNS tidak mengikuti TTL DNS dan melakukan caching hasil dari lookup yang dilakukan.
• Banyak aplikasi yang melakukan lookup DNS hanya sekali dan kemudian melakukan cache hasil yang diperoleh.
• Bahkan apabila aplikasi dan library melakukan resolusi ulang yang proper, load dari setiap klien yang melakukan resolusi ulang DNS akan sulit untuk di manage.

Kami berusaha untuk mengurangi ketertarikan pengguna untuk melakukan yang mungkin akan menyusahkan pengguna. Dengan demikian, apabila terdapat justifikasi yang cukup kuat, kami mungkin saja memberikan implementasi alternatif yang ada.

Discovering services

Kubernetes mendukung 2 buah mode primer untuk melakukan Service - variabel environment dan DNS.

Variabel Environment

Ketika sebuah Pod dijalankan pada node, kubelet menambahkan seperangkat variabel environment untuk setiap Service yang aktif. Environment yang didukung adalah Docker links compatible variabel (perhatikan makeLinkVariables) dan variabel {SVCNAME}_SERVICE_HOST dan {SVCNAME}_SERVICE_PORT, dinama nama Service akan diubah menjadi huruf kapital dan tanda minus akan diubah menjadi underscore.

Sebagai contoh, Service "redis-master" yang mengekspos port TCP 6379 serta alamat cluster IP 10.0.0.11 akan memiliki environment sebagai berikut:

REDIS_MASTER_SERVICE_HOST=10.0.0.11
REDIS_MASTER_SERVICE_PORT=6379
REDIS_MASTER_PORT=tcp://10.0.0.11:6379
REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP=tcp://10.0.0.11:6379
REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PROTO=tcp
REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PORT=6379
REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_ADDR=10.0.0.11

Hal ini merupakan kebutuhan yang urutannya harus diperhatikan - Service apa pun yang akan diakses oleh sebuah Pod harus dibuat sebelum Pod tersebut dibuat, jika tidak variabel environment tidak akan diinisiasi. Meskipun begitu, DNS tidak memiliki keterbatasan ini.

DNS

Salah satu add-on opsional (meskipun sangat dianjurkan) adalah server DNS. Server DNS bertugas untuk mengamati apakah terdapat objek Service baru yang dibuat dan kemudian bertugas menyediakan DNS baru untuk Service tersebut. Jika DNS ini diaktifkan untuk seluruh klaster, maka semua Pod akan secara otomatis dapat melakukan resolusi DNS.

Sebagai contoh, apabila kamu memiliki sebuah Service dengan nama "my-service" pada Namespace "my-ns", maka record DNS "my-service.my-ns" akan dibuat. Pod yang berada di dalam Namespace "my-ns" dapat langsung melakukan lookup dengan hanya menggunakan "my-service". Sedangkan Pod yang berada di luar Namespace my-ns" harus menggunakan "my-service.my-ns". Hasil dari resolusi ini menrupakan cluster IP.

Kubernetes juga menyediakan record DNS SRV (service) untuk named ports. Jika Service "my-service.my-ns" memiliki port dengan nama "http" dengan protokol TCP, kamu dapat melakukan query DNS SRV untuk "_http._tcp.my-service.my-ns" untuk mengetahui nomor port yang digunakan oleh http.

Server DNS Kubernetes adalah satu-satunya cara untuk mengakses Service dengan tipe ExternalName. Informasi lebih lanjut tersedia di DNS Pods dan Services.

Service headless

Terkadang kamu tidak membutuhkan mekanisme load-balancing dan sebuah single IP Sevice. Dalam kasus ini, kamu dapat membuat "headless" Service dengan cara memberikan spesifikasi None pada cluster IP (.spec.clusterIP).

Opsi ini memungkinkan pengguna mengurangi ketergantungan terhadap sistem Kubernetes dengan cara memberikan kebebasan untuk mekanisme service discovery. Aplikasi akan tetap membutuhkan mekanisme self-registration dan adapter service discovery lain yang dapat digunakan berdasarkan API ini.

Untuk Service "headless" alokasi cluster IP tidak dilakukan dan kube-proxy tidak me-manage Service-Service, serta tidak terdapat mekanisme load balancing yang dilakukan. Bagaimana konfigurasi otomatis bagi DNS dilakukan bergantung pada apakah Service tersebut memiliki selector yang dispesifikasikan.

Dengan selector

Untuk Service "headless" dengan selector, kontroler Endpoints akan membuat suatu record Endpoints di API, serta melakukan modifikasi konfigurasi DNS untuk mengembalikan A records (alamat) yang merujuk secara langsung pada Pod backend.

Tanpa selector

Untuk Service "headless" tanpa selector, kontroler Endpoints tidak akan membuat record Enpoints. Meskipun demikian, sistem DNS tetap melakukan konfigurasi salah satu dari:

• record CNAME untuk ExternalName-tipe services.
• record untuk semua Endpoints yang memiliki nama Service yang sama, untuk tipe lainnya.

Mekanisme publish Service - jenis-jenis Service

Untuk beberapa bagian dari aplikasi yang kamu miliki (misalnya saja, frontend), bisa saja kamu memiliki kebutuhan untuk mengekspos Service yang kamu miliki ke alamat IP eksternal (di luar klaster Kubernetes).

ServiceTypes yang ada pada Kubernetes memungkinkan kamu untuk menentukan jenis Service apakah yang kamu butuhkan. Secara default, jenis Service yang diberikan adalah ClusterIP.

Value dan perilaku dari tipe Service dijelaskan sebagai berikut:

• ClusterIP: Mengekspos Service ke range alamat IP di dalam klaster. Apabila kamu memilih value ini Service yang kamu miliki hanya dapat diakses secara internal. tipe ini adalah default value dari ServiceType.
• NodePort: Mengekspos Service pada setiap IP node pada port statis atau port yang sama. Sebuah Service ClusterIP, yang mana Service NodePort akan di-route , dibuat secara otomatis. Kamu dapat mengakses Service dengan tipe ini, dari luar klaster melalui <NodeIP>:<NodePort>.
• LoadBalancer: Mengekspos Service secara eksternal dengan menggunakan LoadBalancer yang disediakan oleh penyedia layanan cloud. Service dengan tipe NodePort dan ClusterIP, dimana trafik akan di-route, akan dibuat secara otomatis.
• ExternalName: Melakukan pemetaan Service ke konten dari field externalName (misalnya: foo.bar.example.com), dengan cara mengembalikan catatan CNAME beserta value-nya. Tidak ada metode proxy apa pun yang diaktifkan. Mekanisme ini setidaknya membutuhkan kube-dns versi 1.7.

Type NodePort

Jika kamu menerapkan value NodePort pada field type, master Kubernetes akan mengalokasikan port dari range yang dispesifikasikan oleh penanda --service-node-port-range (secara default, 30000-32767) dan setiap Node akan memproksikan port tersebut (setiap Node akan memiliki nomor port yang sama) ke Service yang kamu miliki. Port tersebut akan dilaporkan pada field .spec.ports[*].nodePort di Service kamu.

Jika kamu ingin memberikan spesifikasi IP tertentu untuk melakukan poxy pada port. kamu dapat mengatur penanda --nodeport-addresses pada kube-proxy untuk range alamat IP tertentu (mekanisme ini didukung sejak v1.10). Sebuah daftar yang dipisahkan koma (misalnya, 10.0.0.0/8, 1.2.3.4/32) digunakan untuk mem-filter alamat IP lokal ke node ini. Misalnya saja kamu memulai kube-proxy dengan penanda --nodeport-addresses=127.0.0.0/8, maka kube-proxy hanya akan memilih interface loopback untuk Service dengan tipe NodePort. Penanda --nodeport-addresses memiliki nilai default kosong ([]), yang artinya akan memilih semua interface yang ada dan sesuai dengan perilaku NodePort default.

Jika kamu menginginkan nomor port yang berbeda, kamu dapat memberikan spesifikasi value dari field nodePort, dan sistem yang ada akan mengalokasikan port tersebut untuk kamu, jika port tersebut belum digunakan (perhatikan bahwa jika kamu menggunakan teknik ini, kamu perlu mempertimbangkan collision yang mungkin terjadi dan bagaimana cara mengatasi hal tersebut) atau transaksi API yang dilakukan akan gagal.

Hal ini memberikan kebebasan bagi pengembang untuk memilih load balancer yang akan digunakan, terutama apabila load balancer yang ingin digunakan belum didukung sepenuhnya oleh Kubernetes.

Perhatikan bahwa Service dapat diakses baik dengan menggunakan <NodeIP>:spec.ports[*].nodePort atau .spec.clusterIP:spec.ports[*].port. (Jika penanda --nodeport-addresses diterapkan, dapat di-filter dengan salah satu atau lebih NodeIP.)

Type LoadBalancer

Pada penyedia layanan cloud yang menyediakan pilihan load balancer eksternal, pengaturan field type ke LoadBalancer akan secara otomatis melakukan proses provision load balancer untuk Service yang kamu buat. Informasi mengenai load balancer yang dibuat akan ditampilkan pada field .status.loadBalancer pada Service kamu. Contohnya:

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
  clusterIP: 10.0.171.239
  loadBalancerIP: 78.11.24.19
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: 146.148.47.155

Trafik dari load balancer eksternal akan diarahkan pada Pod backend, meskipun mekanisme bagaimana hal ini dilakukan bergantung pada penyedia layanan cloud. Beberapa penyedia layanan cloud mengizinkan konfigurasi untuk value loadBalancerIP. Dalam kasus tersebut, load balancer akan dibuat dengan loadbalancerIP yang dispesifikasikan. Jika value dari loadBalancerIP tidak dispesifikasikan. sebuah IP sementara akan diberikan pada loadBalancer. Jika loadBalancerIP dispesifikasikan, tetapi penyedia layanan cloud tidak mendukung hal ini, maka field yang ada akan diabaikan.

Catatan Khusus untuk Azure: Untuk spesifikasi loadBalancerIP publik yang didefinisikan oleh pengguna, sebuah alamat IP statis publik akan disediakan terlebih dahulu, dan alamat IP tersebut harus berada di resource group dari resource yang secara otomatis dibuat oleh klaster. Misalnya saja, MC_myResourceGroup_myAKSCluster_eastus. Berikan spesifikasi alamat IP sebagai loadBalancerIP. Pastikan kamu sudah melakukan update pada securityGroupName pada file konfigurasi penyedia layanan cloud. Untuk informasi lebih lanjut mengenai permission untuk CreatingLoadBalancerFailed kamu dapat membaca troubleshooting untuk Penggunaan alamat IP statis pada load balancer Azure Kubernetes Service (AKS) atau CreatingLoadBalancerFailed pada klaster AKS dengan advanced networking.

Catatan: Dukungan untuk SCTP load balancer dari penyedia layanan cloud bergantung pada implementasi load balancer yang disediakan oleh penyedia layanan cloud tersebut. Jika SCTP tidak didukung oleh load balancer penyedia layanan publik maka request pembuatan Service akan tetap diterima, meskipun proses pembuatan load balancer itu sendiri gagal.

Load balancer internal

Di dalam environment, terkadang terdapat kebutuhan untuk melakukan route trafik antar Service yang berada di dalam satu VPC.

Di dalam environment split-horizon DNS kamu akan membutuhkan dua service yang mampu melakukan mekanisme route trafik eskternal maupun internal ke endpoints yang kamu miliki.

Hal ini dapat diraih dengan cara menambahkan anotasi berikut untuk service yang disediakan oleh penyedia layanan cloud.

• Default
• GCP
• AWS
• Azure
• OpenStack
• Baidu Cloud

[...]
metadata:
    name: my-service
    annotations:
        cloud.google.com/load-balancer-type: "Internal"
[...]

[...]
metadata:
    name: my-service
    annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-internal: 0.0.0.0/0
[...]

[...]
metadata:
    name: my-service
    annotations:
        service.beta.kubernetes.io/azure-load-balancer-internal: "true"
[...]

[...]
metadata:
    name: my-service
    annotations:
        service.beta.kubernetes.io/openstack-internal-load-balancer: "true"
[...]

[...]
metadata:
    name: my-service
    annotations:
        service.beta.kubernetes.io/cce-load-balancer-internal-vpc: "true"
[...]

Dukungan untuk SSL di AWS

Dukungan parsial untuk SSL bagi klaster yang dijalankan di AWS mulai diterapkan, mulai versi 1.3 terdapat 3 anotasi yang dapat ditambahkan pada Service dengan tipe LoadBalancer:

metadata:
  name: my-service
  annotations:
    service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-ssl-cert: arn:aws:acm:us-east-1:123456789012:certificate/12345678-1234-1234-1234-123456789012

Anotasi pertama memberikan spesifikasi ARN dari sertifikat yang akan digunakan. Sertifikat yang digunakan bisa saja berasal dari third party yang diunggah ke IAM atau sertifikat yang dibuat secara langsung dengan menggunakan sertifikat manajer AWS.

metadata:
  name: my-service
  annotations:
    service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-backend-protocol: (https|http|ssl|tcp)

Anotasi kedua memberikan spesifikasi bagi protokol yang digunakan oleh Pod untuk saling berkomunikasi. Untuk HTTPS dan SSL, ELB membutuhkan Pod untuk melakukan autentikasi terhadap dirinya sendiri melalui koneksi yang dienkripsi.

Protokol HTTP dan HTTPS akan memilih mekanisme proxy di tingkatan ke-7: ELB akan melakukan terminasi koneksi dengan pengguna, melakukan proses parsing headers, serta memasukkan value bagi header X-Forwarded-For dengan alamat IP pengguna (Pod hanya dapat melihat alamat IP dari ELB pada akhir koneksi yang diberikan) ketika melakukan forwarding suatu request.

Protokol TCP dan SSL akan memilih mekanisme proxy pada tingkatan 4: ELB akan melakukan forwarding trafik tanpa melakukan modifikasi headers.

Pada environment campuran dimana beberapa port diamankan sementara port lainnya dalam kondisi tidak dienkripsi, anotasi-anotasi berikut dapat digunakan:

    metadata:
      name: my-service
      annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-backend-protocol: http
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-ssl-ports: "443,8443"

Pada contoh di atas, jika Service memiliki 3 buah port, yaitu: 80, 443, dan 8443, maka 443 adan 8443 akan menggunakan sertifikat SSL, tetapi 80 hanya akan di-proxy menggunakan protokol HTTP.

Mulai versi 1.9, Service juga dapat menggunakan predefined policy untuk HTTPS atau listener SSL. Untuk melihat policy apa saja yang dapat digunakan, kamu dapat menjalankan perintah awscli:

aws elb describe-load-balancer-policies --query 'PolicyDescriptions[].PolicyName'

Policy ini kemudian dapat dispesifikasikan menggunakan anotasi "service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-ssl-negotiation-policy", contohnya:

    metadata:
      name: my-service
      annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-ssl-negotiation-policy: "ELBSecurityPolicy-TLS-1-2-2017-01"

Protokol PROXY pada AWS

Untuk mengaktifkan dukungan protokol PROXY untuk klaster yang dijalankan di AWS, kamu dapat menggunakan anotasi di bawah ini:

    metadata:
      name: my-service
      annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-proxy-protocol: "*"

Sejak versi 1.3.0, penggunaan anotasi berlaku untuk semua port yang diproksi oleh ELB dan tidak dapat diatur sebaliknya.

Akses Log ELB pada AWS

Terdapat beberapa anotasi yang digunakan untuk melakukan manajemen akses log untuk ELB pada AWS.

Anotasi service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-enabled mengatur akses log mana sajakah yang diaktifkan.

Anotasi service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-emit-interval mengatur interval (dalam menit) publikasi akses log. Kamu dapat memberikan spesifikasi interval diantara range 5-60 menit.

Anotasi service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-s3-bucket-name mengatur nama bucket Amazon S3 dimana akses log load balancer disimpan.

Anotasi service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-s3-bucket-prefix memberikan spesifikasi hierarki logis yang kamu buat untuk bucket Amazon S3 yang kamu buat.

    metadata:
      name: my-service
      annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-enabled: "true"
        # Specifies whether access logs are enabled for the load balancer
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-emit-interval: "60"
        # The interval for publishing the access logs. You can specify an interval of either 5 or 60 (minutes).
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-s3-bucket-name: "my-bucket"
        # The name of the Amazon S3 bucket where the access logs are stored
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-access-log-s3-bucket-prefix: "my-bucket-prefix/prod"
        # The logical hierarchy you created for your Amazon S3 bucket, for example _my-bucket-prefix/prod_

Mekanisme Draining Koneksi pada AWS

Mekanisme draining untuk ELB klasik dapat dilakukan dengan menggunakan anotasi service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-connection-draining-enabled serta mengatur value-nya menjadi "true". Anotasi service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-connection-draining-timeout juga dapat digunakan untuk mengatur maximum time (dalam detik), untuk menjaga koneksi yang ada agar selalu terbuka sebelum melakukan deregistering instance.

    metadata:
      name: my-service
      annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-connection-draining-enabled: "true"
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-connection-draining-timeout: "60"

Anotasi ELB lainnya

Terdapat beberapa anotasi lain yang dapat digunakan untuk mengatur ELB klasik sebagaimana dijelaskan seperti di bawah ini:

    metadata:
      name: my-service
      annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-connection-idle-timeout: "60"
        # The time, in seconds, that the connection is allowed to be idle (no data has been sent over the connection) before it is closed by the load balancer

        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-cross-zone-load-balancing-enabled: "true"
        # Specifies whether cross-zone load balancing is enabled for the load balancer

        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-additional-resource-tags: "environment=prod,owner=devops"
        # A comma-separated list of key-value pairs which will be recorded as
        # additional tags in the ELB.

        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-healthcheck-healthy-threshold: ""
        # The number of successive successful health checks required for a backend to
        # be considered healthy for traffic. Defaults to 2, must be between 2 and 10

        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-healthcheck-unhealthy-threshold: "3"
        # The number of unsuccessful health checks required for a backend to be
        # considered unhealthy for traffic. Defaults to 6, must be between 2 and 10

        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-healthcheck-interval: "20"
        # The approximate interval, in seconds, between health checks of an
        # individual instance. Defaults to 10, must be between 5 and 300
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-healthcheck-timeout: "5"
        # The amount of time, in seconds, during which no response means a failed
        # health check. This value must be less than the service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-healthcheck-interval
        # value. Defaults to 5, must be between 2 and 60

        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-extra-security-groups: "sg-53fae93f,sg-42efd82e"
        # A list of additional security groups to be added to ELB

Dukungan Network Load Balancer (NLB) pada AWS [alpha]

Peringatan: Ini merupakan tingkatan alpha dan tidak direkomendasikan untuk digunakan pada environment production.

Sejak versi 1.9.0, Kubernetes mendukung Network Load Balancer (NLB). Untuk menggunakan NLB pada AWS, gunakan anotasi service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type dan atur value-nya dengan nlb.

    metadata:
      name: my-service
      annotations:
        service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: "nlb"

Tidak seperti ELB klasik, NLB, melakukan forwarding IP klien melalui node. Jika field .spec.externalTrafficPolicy diatur value-nya menjadi Cluster, maka alamat IP klien tidak akan diteruskan pada Pod.

Dengan mengatur value dari field .spec.externalTrafficPolicy ke Local, alamat IP klien akan diteruskan ke Pod, tapi hal ini bisa menyebabkan distribusi trafik yang tidak merata. Node yang tidak memiliki Pod untuk Service dengan tipe LoadBalancer akan menyebabkan kegagalan health check NLB Target pada tahapan auto-assigned .spec.healthCheckNodePort dan tidak akan menerima trafik apa pun.

Untuk menghasilkan distribusi trafik yang merata, kamu dapat menggunakan DaemonSet atau melakukan spesifikasi pod anti-affinity agar Pod tidak di-assign ke node yang sama.

NLB juga dapat digunakan dengan anotasi internal load balancer.

Agar trafik klien berhasil mencapai instances dibelakang ELB, security group dari node akan diberikan rules IP sebagai berikut:

Perhatikan bahwa jika .spec.loadBalancerSourceRanges tidak dispesifikasikan, Kubernetes akan mengizinkan trafik dari 0.0.0.0/0 ke Node Security Group. Jika node memiliki akses publik, maka kamu harus memperhatikan tersebut karena trafik yang tidak berasal dari NLB juga dapat mengakses semua instance di security group tersebut.

Untuk membatasi klien IP mana yang dapat mengakses NLB, kamu harus memberikan spesifikasi loadBalancerSourceRanges.

spec:
  loadBalancerSourceRanges:
  - "143.231.0.0/16"

Catatan: NLB hanya dapat digunakan dengan beberapa kelas instance tertentu baca dokumentasi AWS untuk mengetahui lebih lanjut intance apa saja yang didukung.

Tipe ExternalName

Service dengan tipe ExternalName melakukan pemetaan antara Service dan DNS, dan bukan ke selector seperti my-service atau cassandra. Kamu memberikan spesifikasi spec.externalName pada Service tersebut.

Definisi Service ini, sebagai contoh, melaukan pemetaan Service my-service pada namespace prod ke DNS my.database.example.com:

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
  namespace: prod
spec:
  type: ExternalName
  externalName: my.database.example.com

Catatan: ExternalName menerima alamat IPv4 dalam bentuk string, tapi karena DNS tersusun atas angka dan bukan sebagai alamat IP. ExternalName yang menyerupai alamat IPv4 tidak bisa di-resolve oleh CoreDNS atau ingress-nginx karena ExternalName memang ditujukan bagi penamaan canonical DNS. Untuk melakukan hardcode alamat IP, kamu dapat menggunakan headless Service sebagai alternatif.

Ketika melakukan pencarian host my-service.prod.svc.cluster.local, servis DNS klaster akan mengembalikan record CNAME dengan value my.database.example.com. Mekanisme akses pada my-service bekerja dengan cara yang sama dengan Service pada umumnya, perbedaan yang krusial untuk hal ini adalah mekanisme redirection terjadi pada tingkatan DNS dan bukan melalui proxy forward. Apabila kamu berniat memindahkan basis data yang kamu pakai ke dalam klaster, kamu hanya perlu mengganti instans basis data kamu dan menjalankannya di dalam Pod, menambahkan selector atau endpoint yang sesuai, serta mengupah type dari Service yang kamu gunakan.

Catatan: Bagian ini berasal dari tulisan Tips Kubernetes - Bagian 1 oleh Alen Komljen.

IP Eksternal

Jika terdapat sebuah alamat IP eksternal yang melakukan mekanisme route ke satu atau lebih node yang ada di klaster, Service Kubernetes dapat diekspos dengan menggunakan externalIP. Trafik yang diarahkan ke klaster dengan IP eksternal (sebagai destinasi IP), pada port Service akan di-route ke salah satu endpoint Service. Value dari externalIP tidak diatur oleh Kubernetes dan merupakan tanggung jawab dari administrator klaster.

Pada ServiceSpec, kamu dapat memberikan spesifikasi externalIP dan ServiceTypes. Pada contoh di bawah ini. "my-service" dapat diakses oleh klien pada "80.11.12.10:80" (externalIP:port).

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - name: http
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
  externalIPs:
  - 80.11.12.10

Kekurangan

Penggunaan proxy userspace untuk VIP dapat digunakan untuk skala kecil hingga menengah, meski begitu hal ini tidak scalable untuk klaster yang sangat besar dan memiliki ribuan Service. Perhatikan Desain proposal orisinil untuk portal untuk informasi lebih lanjut.

Penggunaan proxy userspace menghilangkan source-IP dari packet yang mengakses sebuah Service. Hal ini membuat mekanisme firewall menjadi sulit untuk diterapkan. Proxy iptables tidak menghilangkan source IP yang berasal dari dalam klaster, meski begitu, hal ini masih berimbas pada klien yang berasal dari Service dengan tipe load-balancer atau node-port.

Field tipe didesain sebagai fungsionalitas yang berantai - setiap tingkatan menambahkan tambahan pada tingkatansebelumnya. Hal ini tidak selalu berlaku bagi semua penyedia layanan cloud (misalnya saja Google Compute Engine tidak perlu melakukan alokasi NodePort untuk membuat LoadBalancer bekerja sebagaimana mestinya, hal ini berbeda dengan AWS yang memerlukan hal ini, setidaknya untuk API yang mereka miliki saat ini).

Pengerjaan lebih lanjut

Di masa mendatang, kami berencana untuk membuat policy proxy menjadi lebih bervariasi dan bukan hanya round robin, misalnya saja master-elected atau sharded. Kami juga berharap bahwa beberapa Service bisa saja memiliki load balancer yang sebenarnya, suatu kasus dimana VIP akan secara langsung mengantarkan paket.

Kami ingin meningkatkan dukungan lebih lanjut untuk Service dengan tingkatan Service L7(HTTP).

Kami ingin memiliki mode ingress yang lebih fleksibel untuk Service yang mencakup mode ClusterIP, NodePort, dan LoadBalancer dan banyak lagi.

Detail mendalam mengenai IP virtual

Informasi sebelumnya sudah cukup bagi sebagian orang yang hanya ingin menggunakan Service. Meskipun begitu, terdapat banyak hal yang sebenarnya terjadi dan akan sangat bermanfaat untuk dipelajari lebih lanjut.

Menghindari collison

Salah satu filosofi Kubernetes adalah pengguna tidak mungkin menghadapi situasi dimana apa yang mereka mengalami kegagalan tanpa adanya alasan yang jelas. Dalam kasus ini, kita akan coba memahami lebih lanjut mengenai network port - pengguna tidak seharusnya memilih nomor port jika hal itu memungkinkan terjadinya collision dengan pengguna lainnya. Hal ini merupakan mekanisme isolasi kegagalan.

Agar pengguna dapat menentukan nomor port bagi Service mereka, kita harus memastikan bahwa tidak ada dua Service yang mengalami collision. Kita melakukan hal tersebut dengan cara melakukan alokasi alamat IP pada setiap Service.

Untuk memastikan setiap Service memiliki alamat IP yang unik, sebuah allocator internal akan secara atomik melakukan pemetaan alokasi global di dalam etcd ketika membuat sebuah Service baru. Pemetaan objek harus tersedia pada registry Service dimana Service akan diberikan sebuah IP, jika tidak, proses pembuatan Service akan gagal dan sebuah pesan akan memberikan informasi bahwa alamat IP tidak dapat dialokasikan. Sebuah backgroud controller bertanggung jawab terhadap mekanisme pemetaan tersebut (migrasi dari versi Kubernetes yang digunakan dalam memory locking) sekaligus melakukan pengecekan terhadap assignment yang tidak valid yang terjadi akibat intervensi administrator dan melakukan penghapusan daftar IP yang dialokasikan tapi tidak digunakan oleh Service mana pun.

IP dan VIP

Tidak seperti alamat IP Pod, yang akan di route ke destinasi yang "pasti", IP Service tidak mengarahkan request hanya pada satu host. Sebagai gantinya, kita mneggunakan iptables (logika pemrosesan paket pada Linux) untuk melakukan definisi alamat IP virtual yang secara transparan akan diarahkan sesuai kebutuhan. Ketika klien dihubungkan pada VIP, trafik yang ada akan secara otomatis dialihkan pada endpoint yang sesuai. Variabel environment dan DNS untuk Service terdiri dalam bentuk VIP dan port.

Kami mendukung tiga jenis mode proxy - userspace, iptables, dan ipvs yang memiliki perbedaan cara kerja satu sama lainnya.

Userspace

Sebagai contoh, anggaplah kita memiliki aplikasi image processing seperti yang sudah disebutkan di atas. Ketika Service backend dibuat, master Kubernetes akan mengalokasikan sebuah alamat IP virtual, misalnya 10.0.0.1. Dengan asumsi port dari Service tersebut adalah 1234, maka Service tersebut akan diamati oleh semua instance kube-proxy yang ada di klaster. Ketika sebuah proxy mendapati sebuah Service baru, proxy tersebut akan membuka sebuah port acak, menyediakan iptables yang mengarahkan VIP pada port yang baru saja dibuat, dan mulai koneksi pada port tersebut.

Ketika sebuah klien terhubung ke VIP dan terdapat rules iptables yang diterapkan, paket akan diarahkan ke port dari proxy Service itu sendiri. Proxy Service akan memilih sebuah backend, dan mulai melakukan mekanisme proxy trafik dari klien ke backend.

Dengan demikian, pemilik Service dapat memilih port mana pun yang dia inginkan tanpa adanya kemungkinan terjadinya collision. Klien dapat dengan mudah mengakses IP dan port, tanpa harus mengetahui Pod mana yang sebenarnya diakses.

Iptables

Kembali, bayangkan apabila kita memiliki aplikasi image processing seperti yang sudah disebutkan di atas. Ketika Service backend dibuat, master Kubernetes akan mengalokasikan sebuah alamat IP virtual, misalnya 10.0.0.1. Dengan asumsi port dari Service tersebut adalah 1234, maka Service tersebut akan diamati oleh semua instance kube-proxy yang ada di klaster. Ketika sebuah proxy mendapati sebuah Service baru, proxy tersebut akan melakukan instalasi serangkaian rules iptables yang akan melakukan redirect VIP ke rules tiap Service. Rules untuk tiap Service ini terkait dengan rules tiap Endpoints yang mengarahkan (destinasi NAT) ke backend.

Ketika sebuah klien terhubung ke VIP dan terdapat _rules _iptables yang diterapkan. Sebuah backend akan dipilih (hal ini dapat dilakukan berdasarkan session affinity maupun secara acak) dan paket-paket yang ada akan diarahkan ke backend. Tidak seperti mekanisme yang terjadi di userspace, paket-paket yang ada tidak pernah disalin ke userspace, kube-proxy tidak harus aktif untuk menjamin kerja VIP, serta IP klien juga tidak perlu diubah.

Tahapan yang dijalankan sama dengan tahapan yang dijalankan ketika trafik masuk melalui sebuah node-port atau load-balancer, meskipun pada dua kasus di atas klien IP tidak akan mengalami perubahan.

Ipvs

Operasi iptables berlangsung secara lambat pada klaster dengan skala besar (lebih dari 10.000 Service). IPVS didesain untuk mekanisme load balance dan berbasis pada hash tables yang berada di dalam kernel. Dengan demikian kita dapat mendapatkan performa yang konsisten pada jumlah Service yang cukup besar dengan menggunakan kube-proxy berbasis ipvs. Sementara itu, kube-proxy berbasis ipvs memiliki algoritma load balance yang lebih bervariasi (misalnya saja least conns, locality, weighted, persistence).

Objek API

Service merupakan resource top-level pada API Kubernetes. Penjelasan lebih lanjut mengenai objek API dapat ditemukan pada: objek API Service.

Protokol yang didukung

TCP

Kamu dapat menggunakan TCP untuk Service dengan type apa pun, dan protokol ini merupakan protokol default yang digunakan.

UDP

Kamu dapat menggunakan UDP untuk sebagian besar Service. Untuk Service dengan type=LoadBalancer, dukungan terhadap UDP bergantung pada penyedia layanan cloud yang kamu gunakan.

HTTP

Apabila penyedia layanan cloud yang kamu gunakan mendukung, kamu dapat menggunakan Service dengan type LoadBalancer untuk melakukan mekanisme reverse proxy bagi HTTP/HTTPS, dan melakukan forwarding ke Endpoints dari _Service.

Catatan: Kamu juga dapat menggunakan Ingress sebagai salah satu alternatif penggunaan Service untuk HTTP/HTTPS.

Protokol PROXY

Apabila penyedia layanan cloud yang kamu gunakan mendukung, (misalnya saja, AWS), Service dengan type LoadBalancer untuk melakukan konfigurasi load balancer di luar Kubernetes sendiri, serta akan melakukan forwarding koneksi yang memiliki prefiks protokol PROXY.

Load balancer akan melakukan serangkaian inisiasi octet yang memberikan deskripsi koneksi yang datang, dengan bentuk yang menyerupai:

PROXY TCP4 192.0.2.202 10.0.42.7 12345 7\r\n

yang kemudian diikuti data dari klien.

SCTP

Kubernetes memberikan dukungan bagi SCTP sebagai value dari definition yang ada pada Service, Endpoints, NetworkPolicy dan Pod sebagai fitur alpha. Untuk mengaktifkan fitur ini, administrator klaster harus mengaktifkan feature gate SCTPSupport pada apiserver, contohnya “--feature-gates=SCTPSupport=true,...”. Ketika fature gate ini diaktifkan, pengguna dapat memberikan value SCTP pada field protocol Service, Endpoints, NetworkPolicy dan Pod. Kubernetes kemudian akan melakukan pengaturan agar jaringan yang digunakan agar jaringan tersebut menggunakan SCTP, seperti halnya Kubernetes mengatur jaringan agar menggunakan TCP.

Perhatian

Dukungan untuk asoasiasi multihomed SCTP

Dukungan untuk asosiasi multihomed SCTP membutuhkan plugin CNI yang dapat memberikan pengalokasian multiple interface serta alamat IP pada sebuah Pod.

NAT untuk asosiasi multihomed SCTP membutuhkan logika khusus pada modul kernel terkait.

Service dengan type=LoadBalancer

Sebuah Service dengan type LoadBalancer dan protokol SCTP dapat dibuat hanya jika implementasi load balancer penyedia layanan cloud menyediakan dukungan bagi protokol SCTP. Apabila hal ini tidak terpenuhi, maka request pembuatan Servixe ini akan ditolak. Load balancer yang disediakan oleh penyedia layanan cloud yang ada saat ini (Azure, AWS, CloudStack, GCE, OpenStack) tidak mendukung SCTP.

Windows

SCTP tidak didukung pada node berbasis Windows.

Kube-proxy userspace

Kube-proxy tidak mendukung manajemen asosiasi SCTP ketika hal ini dilakukan pada mode userspace

Selanjutnya

Baca Bagaimana cara menghubungkan Front End ke Back End menggunakan sebuah Service.