建立: 2026年1月26日 14:01:45
更新: 2026年1月28日 15:36:17
作者: Charles
LAB 15 Kubernetes Service¶
學習目標¶
完成本章節後，你將能夠：
- 理解 Kubernetes Service 的三種類型
- 建立 ClusterIP 類型的 Service
- 建立 NodePort 類型的 Service
- 建立 LoadBalancer 類型的 Service
- 使用 curl 驗證 Service 的負載均衡功能
前置知識¶
開始之前，請確保你已經：
- 完成 LAB 14 Namespace 與 Rolling Update
- 熟悉 Pod、Deployment 基本概念
- 準備好 Kubernetes 叢集環境（k8s-master1）
核心概念說明¶
Service 是什麼？¶
Service（服務） 是 Kubernetes 中用來**暴露應用程式的穩定網路端點**。由於 Pod 的 IP 是動態的，每次重建可能會改變，Service 提供了一個固定的 IP 和 DNS 名稱，讓其他應用程式可以穩定地存取 Pod。
graph LR
Client[客戶端] --> Service[Service<br/>固定 IP]
Service --> Pod1[Pod 1<br/>動態 IP]
Service --> Pod2[Pod 2<br/>動態 IP]
Service --> Pod3[Pod 3<br/>動態 IP]Service 類型比較¶
| 類型 | 存取範圍 | 使用場景 |
|---|---|---|
| ClusterIP | 叢集內部 | 內部服務、微服務間通訊 |
| NodePort | 叢集外部（透過 Node IP） | 開發測試、小型部署 |
| LoadBalancer | 叢集外部（透過 LB IP） | 生產環境、雲端部署 |
graph TB
subgraph "ClusterIP (叢集內部)"
CI[Service ClusterIP] --> P1[Pod]
end
subgraph "NodePort (節點 Port)"
NP[Node:30000-32767] --> NPSVC[Service]
NPSVC --> P2[Pod]
end
subgraph "LoadBalancer (負載均衡器)"
LB[External LB IP] --> LBSVC[Service]
LBSVC --> P3[Pod]
endPort 對應關係¶
Service 涉及三種 Port：
| Port 名稱 | 說明 | 範例 |
|---|---|---|
| port | Service 的 Port（ClusterIP 使用） | 8081 |
| targetPort | Pod/Container 的 Port | 80 |
| nodePort | Node 對外開放的 Port（30000-32767） | 30008 |
graph LR
External[外部請求] -->|nodePort: 30008| Node[Node IP]
Node -->|port: 8082| Service[Service ClusterIP]
Service -->|targetPort: 80| Pod[Pod]Lab 實作練習：ClusterIP Service¶
ClusterIP 概述¶
ClusterIP 是 Service 的預設類型，只能從叢集**內部**存取。
graph TB
subgraph "Kubernetes Cluster"
subgraph "service-clusterip-2 namespace"
SVC[svc-2-httpd<br/>ClusterIP: 172.30.24.63:8081]
SVC --> Pod1[httpd-2<br/>10.128.1.14:80]
SVC --> Pod2[httpd-2<br/>10.128.2.9:80]
end
end
External[外部網路] -.->|無法存取| SVC步驟 1：下載 ClusterIP YAML¶
查看 YAML 內容：
YAML 內容：
service-clusterIP.yaml
---
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: service-clusterip-2
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: svc-2-httpd
labels:
app: svc-2-httpd
namespace: service-clusterip-2
spec:
type: ClusterIP
ports:
- port: 8081 # Service Port
targetPort: 80 # Pod Port
selector:
app: httpd-2 # 選擇帶有此 Label 的 Pod
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: httpd-2
labels:
app: httpd-2
namespace: service-clusterip-2
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: httpd-2
template:
metadata:
labels:
app: httpd-2
spec:
containers:
- image: docker1.training.lab:5000/httpd
name: httpd
ports:
- containerPort: 80
YAML 結構說明
此 YAML 包含三個資源：
- Namespace：建立
service-clusterip-2命名空間 - Service：建立 ClusterIP 類型的 Service
- Deployment：建立 2 個 httpd Pod
步驟 2：套用 YAML¶
預期結果：
步驟 3：查看 Service¶
預期結果：
NAMESPACE NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
default kubernetes ClusterIP 172.30.0.1 <none> 443/TCP 13m
kube-system antrea ClusterIP 172.30.116.178 <none> 443/TCP 105m
kube-system kube-dns ClusterIP 172.30.0.10 <none> 53/UDP,53/TCP,9153/TCP 106m
service-clusterip-2 svc-2-httpd ClusterIP 172.30.24.63 <none> 8081/TCP 95s
步驟 4：查看 Pod 並修改內容¶
查看 Pod：
預期結果：
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE
httpd-2-68b85d46c7-t4v87 1/1 Running 0 5m16s 10.128.1.14 k8s-node1.training.lab
httpd-2-68b85d46c7-trhk5 1/1 Running 0 5m16s 10.128.2.9 k8s-node2.training.lab
進入第一個 Pod 修改首頁：
進入第二個 Pod 修改首頁：
步驟 5：測試 ClusterIP 負載均衡¶
直接存取 Pod IP：
預期結果：
透過 Service ClusterIP 存取（會自動負載均衡）：
預期結果（每次可能不同）：
負載均衡驗證
多次存取 Service IP，會發現回應內容在 AAA 和 BBB 之間切換，這表示 Service 正在進行負載均衡。
Lab 實作練習：NodePort Service¶
NodePort 概述¶
NodePort 會在每個 Node 上開放一個固定的 Port（30000-32767），允許從叢集**外部**存取。
graph TB
subgraph "Kubernetes Cluster"
subgraph "k8s-node1"
NP1[Port 30008]
end
subgraph "k8s-node2"
NP2[Port 30008]
end
subgraph "k8s-master1"
NP3[Port 30008]
end
SVC[Service NodePort<br/>172.30.21.179:8082]
NP1 --> SVC
NP2 --> SVC
NP3 --> SVC
SVC --> Pod1[httpd Pod 1]
SVC --> Pod2[httpd Pod 2]
end
External[外部網路] --> NP1
External --> NP2
External --> NP3步驟 1：下載 NodePort YAML¶
查看 YAML 內容：
YAML 重點：
service-nodeport.yaml（摘錄）
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: svc-2-httpd-nodeport
namespace: service-nodeport-2
spec:
type: NodePort # NodePort 類型
ports:
- port: 8082 # Service Port
targetPort: 80 # Pod Port
nodePort: 30008 # Node 對外 Port
selector:
app: httpd-2-nodeport
步驟 2：套用 YAML¶
預期結果：
namespace/service-nodeport-2 created
service/svc-2-httpd-nodeport created
deployment.apps/httpd-2-nodeport created
步驟 3：查看 Service¶
預期結果：
NAMESPACE NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service-clusterip-2 svc-2-httpd ClusterIP 172.30.24.63 <none> 8081/TCP 9m25s
service-nodeport-2 svc-2-httpd-nodeport NodePort 172.30.21.179 <none> 8082:30008/TCP 72s
Port 格式說明
8082:30008/TCP 表示：
- 8082：Service 的 ClusterIP Port
- 30008：Node 對外的 NodePort
步驟 4：測試 NodePort 存取¶
透過 Pod IP 存取：
透過 Service ClusterIP 存取：
透過任意 Node 的 NodePort 存取：
預期結果（三個都可以存取）：
NodePort 特性
NodePort 會在**所有 Node**（包含 Master 和 Worker）上開放相同的 Port，無論 Pod 實際運行在哪個 Node 上。
Lab 實作練習：LoadBalancer Service¶
LoadBalancer 概述¶
LoadBalancer 是最高級的 Service 類型，會向雲端供應商請求一個**外部負載均衡器 IP**。
graph TB
subgraph "Cloud Provider"
LB[External Load Balancer<br/>公開 IP]
end
subgraph "Kubernetes Cluster"
SVC[Service LoadBalancer<br/>172.30.227.169:8083]
SVC --> Pod1[httpd Pod 1]
SVC --> Pod2[httpd Pod 2]
end
Internet[Internet] --> LB
LB --> SVC步驟 1：下載 LoadBalancer YAML¶
查看 YAML 內容：
YAML 重點：
service-loadbalancer.yaml（摘錄）
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: svc-2-httpd-lb
namespace: service-loadbalancer-1
spec:
type: LoadBalancer # LoadBalancer 類型
ports:
- port: 8083 # Service Port
targetPort: 80 # Pod Port
selector:
app: httpd-2-lb
步驟 2：套用 YAML¶
預期結果：
namespace/service-loadbalancer-1 created
service/svc-2-httpd-lb created
deployment.apps/httpd-2-lb created
步驟 3：查看 Service¶
預期結果：
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
svc-2-httpd-lb LoadBalancer 172.30.227.169 <pending> 8083:32254/TCP 60s
EXTERNAL-IP 顯示 pending
在非雲端環境（如本地 VMware），沒有外部負載均衡器可用，所以 EXTERNAL-IP 會一直顯示 <pending>。
在 AWS、GCP、Azure 等雲端環境中，會自動分配一個公開 IP。
步驟 4：測試 LoadBalancer 存取¶
透過 Pod IP 存取：
透過 Service ClusterIP 存取：
透過 NodePort 存取（LoadBalancer 自動分配）：
LoadBalancer 自動分配 NodePort
LoadBalancer 類型的 Service 會自動分配一個 NodePort（此例為 32254），所以也可以透過 Node IP:NodePort 存取。
Service 類型總結¶
| 特性 | ClusterIP | NodePort | LoadBalancer |
|---|---|---|---|
| 存取範圍 | 叢集內部 | 叢集內外 | 叢集內外 |
| 固定 IP | ClusterIP | ClusterIP + NodePort | ClusterIP + NodePort + External IP |
| 使用場景 | 微服務內部通訊 | 開發測試 | 生產環境 |
| Port 範圍 | 不限 | 30000-32767 | 不限 |
| 需要雲端 | 否 | 否 | 是 |
常見問題¶
Q1：Service 如何找到對應的 Pod？
解答：透過 selector 標籤選擇器。Service 會將流量導向所有符合 selector 條件的 Pod。
Q2：LoadBalancer 的 EXTERNAL-IP 一直是 pending？
原因：在非雲端環境沒有外部負載均衡器。
解決方案：
- 使用 MetalLB 在本地環境模擬 LoadBalancer
- 或直接使用 NodePort 類型
Q3：NodePort 的 Port 範圍可以修改嗎？
解答：可以，修改 kube-apiserver 的 --service-node-port-range 參數。
預設範圍：30000-32767
Q4：Pod 一直處於 Pending 狀態？
原因：通常是節點或 CNI 未就緒。
Debug 流程：
# 1. 檢查節點狀態
kubectl get nodes
# 2. 檢查 CNI Pod（Antrea）
kubectl get pods -n kube-system | grep antrea
# 3. 查看 Pod 事件
kubectl describe pod <pod-name> -n <namespace>
# 4. 查看容器日誌
kubectl logs <pod-name> -n kube-system -c <container-name> --tail=50
詳細 Debug 流程請參考 LAB 18 RBAC 與 Event/Log。
小結¶
本章節重點回顧：
- ✅ Service 概念：提供穩定的網路端點存取 Pod
- ✅ ClusterIP：預設類型，僅叢集內部存取
- ✅ NodePort：透過 Node IP:Port 從外部存取（30000-32767）
- ✅ LoadBalancer：透過外部負載均衡器存取（需雲端環境）
- ✅ Port 對應：port（Service）→ targetPort（Pod）→ nodePort（Node）
- ✅ 負載均衡：Service 自動將流量分散到多個 Pod
延伸閱讀¶
YAML 實用工具¶
| 工具 | 用途 | 連結 |
|---|---|---|
| YAMLint | 驗證 YAML 語法 | www.yamllint.com |
| YAML to JSON | 將 YAML 轉換為 JSON | www.convertjson.com |
| YAML to JSON/XML/CSV | 多格式轉換 | codebeautify.org |
YAML 驗證技巧
在套用 YAML 檔案之前，建議先使用線上工具驗證語法是否正確，避免因縮排或格式錯誤導致部署失敗。