在 Kubernetes（K8s）中，NodePort、ClusterIP 和 LoadBalancer 是三種核心的 Service 類型，用於實現不同級別的網絡訪問和負載均衡。以下是它們的使用場景、優缺點對比：

一、ClusterIP（默認類型）

使用場景

• 集羣內部通信：作為微服務間的內部負載均衡器，僅在集羣內部可訪問。
• 隱藏服務細節：將 Pod 集合抽象為單一訪問點，無需關心後端 Pod 的具體 IP。

優點

• 安全性高：僅集羣內部可訪問，外部無法直接調用。
• 性能最優：通過虛擬 IP（ClusterIP）直接路由，無需額外網絡跳轉。
• 資源高效：無需額外組件（如 NodePort 或雲負載均衡器）。

缺點

• 無法外部訪問：若需暴露服務給外部，必須通過其他方式（如 Ingress、NodePort）。
• 單點故障風險：若 ClusterIP 所在節點故障，可能影響訪問（但 K8s 會自動修復）。

示例

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-internal-service
spec:
  type: ClusterIP  # 默認類型，可省略
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080

二、NodePort

使用場景

• 簡單外部訪問：測試環境或小型集羣中快速暴露服務。
• 臨時調試：開發階段臨時對外提供服務。
• 與外部負載均衡器結合：作為硬件或軟件負載均衡器的後端。

優點

• 部署簡單：無需額外配置，K8s 自動分配端口。
• 兼容性強：支持任何環境（公有云、私有云、裸金屬）。
• 直接訪問：通過任意節點 IP + 端口即可訪問服務。

缺點

• 端口管理複雜：每個服務需佔用一個 Node 端口（默認範圍 30000-32767），大規模集羣易衝突。
• 安全性低：所有節點都會開放端口，增加攻擊面。
• 性能損耗：流量需先到達 Node，再轉發到 Pod，多一跳路徑。
• 擴展性差：不支持高級路由規則（如基於路徑、主機名的分發）。

示例

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nodeport-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80        # 服務端口
      targetPort: 8080  # Pod 端口
      nodePort: 30007   # 可選，手動指定 Node 端口（默認隨機分配）

三、LoadBalancer

使用場景

• 公有云環境：在 AWS、GCP、Azure 等雲平台上自動創建雲原生負載均衡器。
• 生產環境暴露服務：需要高性能、高可用的外部負載均衡。
• 支持高級特性：利用雲負載均衡器的 SSL 卸載、WAF、自動擴展等功能。

優點

• 全自動管理：雲提供商自動創建、配置和維護負載均衡器。
• 高性能：雲原生負載均衡器經過優化，適合高併發場景。
• 高級功能：支持 SSL 終止、健康檢查、會話保持等。
• 安全性高：通常與雲安全組集成，可限制訪問源。

缺點

• 依賴雲提供商：僅適用於支持 K8s Cloud Provider 的雲環境，裸金屬或私有云無法直接使用。
• 成本高：雲負載均衡器可能產生額外費用（按小時或流量計費）。
• 配置靈活性低：需遵循雲提供商的負載均衡器規則，定製化困難。

示例

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-loadbalancer-service
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080

四、對比總結

五、選擇建議

1. 優先使用 ClusterIP：
   微服務間通信默認使用 ClusterIP，保證安全性和性能。

2. NodePort 作為過渡方案：

   • 測試環境或小規模集羣中快速暴露服務。
   • 與外部負載均衡器（如硬件 F5、MetalLB）結合時使用。

3. LoadBalancer 用於生產環境：

   • 公有云環境中，直接利用雲原生負載均衡器。
   • 需高級功能（如 SSL 卸載、流量監控）時優先選擇。

4. 混合使用場景：

   • 使用 LoadBalancer 作為入口，後端服務間通過 ClusterIP 通信。
   • 在 LoadBalancer 不可用時（如私有云），使用 NodePort + Ingress Controller 替代。

六、擴展方案

• 私有云 LoadBalancer 替代方案：
  使用 MetalLB 在裸金屬或私有云環境模擬 LoadBalancer 功能，通過 ARP 或 BGP 分配真實 IP。
• 更高級的流量控制：
  結合 Ingress Controller（如 Nginx、Traefik）實現基於路徑、主機名的七層路由，通常與 NodePort 或 LoadBalancer 配合使用。