Scegliere il Tipo di Servizio Kubernetes Corretto: ClusterIP vs NodePort vs LoadBalancer

I Servizi Kubernetes sono astrazioni essenziali che definiscono un insieme logico di Pod e una policy per accedervi. Quando si distribuiscono applicazioni in Kubernetes, la scelta del tipo di Servizio corretto è fondamentale per determinare l'accessibilità di rete: se il servizio deve essere raggiungibile solo all'interno del cluster, esposto al mondo esterno tramite porte specifiche o integrato direttamente con l'infrastruttura di bilanciamento del carico di un provider cloud.

Una configurazione errata di questa impostazione può portare ad applicazioni inaccessibili o a costi infrastrutturali non necessari.

Questa guida fornisce un confronto completo dei tre tipi fondamentali di Servizio Kubernetes: ClusterIP, NodePort e LoadBalancer. Comprendendo il caso d'uso, il meccanismo di implementazione e i compromessi associati per ogni tipo, è possibile prendere decisioni informate che si allineino perfettamente con i requisiti di rete della propria applicazione, garantendo che sia la comunicazione interna che l'accessibilità esterna siano gestite in modo efficace.

Comprendere i Servizi Kubernetes

Prima di addentrarci nei tipi specifici, è fondamentale ricordare il ruolo di un Servizio Kubernetes. I Pod sono effimeri; i loro indirizzi IP cambiano man mano che vengono creati, distrutti o riprogrammati. Un Servizio fornisce un endpoint stabile (un indirizzo IP fisso e un nome DNS) per un insieme di Pod in continua evoluzione, consentendo una comunicazione affidabile all'interno del cluster.

I Servizi sono definiti utilizzando un manifesto oggetto Service, specificando tipicamente un selector per trovare i Pod pertinenti e un type per definire come quel Servizio viene esposto.

1. ClusterIP: Comunicazione Interna

ClusterIP è il tipo di Servizio predefinito e più basilare. Espone il Servizio su un indirizzo IP interno all'interno del cluster. Questo Servizio è raggiungibile solo dall'interno del cluster stesso.

Casi d'Uso per ClusterIP

Servizi Backend: Ideale per database, API interne, livelli di caching o microservizi che devono comunicare solo con altri servizi o applicazioni frontend in esecuzione all'interno dello stesso cluster Kubernetes.
Discovery Interna: Sfrutta il DNS interno di Kubernetes per fornire nomi di servizio stabili (ad esempio, my-database.namespace.svc.cluster.local).

Dettagli di Implementazione

Quando viene creato un servizio di tipo ClusterIP, Kubernetes gli assegna un indirizzo IP virtuale che è instradabile solo all'interno del tessuto di rete del cluster. Il traffico esterno non può raggiungere direttamente questo IP.

Esempio di Manifesto (ClusterIP):

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: internal-api
spec:
  selector:
    app: backend-service
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
  type: ClusterIP

Suggerimento: Se si sta costruendo solo un sistema distribuito in cui tutti i componenti risiedono all'interno del cluster, ClusterIP è la scelta più sicura ed efficiente poiché evita esposizioni esterne non necessarie.

2. NodePort: Esporre Servizi Tramite Specifici Nodi del Cluster

NodePort è il modo più semplice per esporre un Servizio esternamente. Apre una porta specifica su ogni Nodo (VM o macchina fisica) del cluster e instrada il traffico esterno in arrivo su quella porta verso il Servizio.

Casi d'Uso per NodePort

Sviluppo e Test: Utile per testare rapidamente servizi accessibili esternamente durante lo sviluppo, quando una configurazione completa di bilanciamento del carico cloud è eccessiva.
Ambienti Non-Cloud: Essenziale nelle installazioni Kubernetes bare-metal o on-premises dove le integrazioni native di bilanciamento del carico cloud non sono disponibili.

Dettagli di Implementazione

Quando viene creato un servizio di tipo NodePort, Kubernetes seleziona una porta statica nell'intervallo configurato (il default è 30000–32767) su ogni nodo. Il Servizio espone l'applicazione tramite:

http://<IP_Nodo>:<Porta_Nodo>

Se si dispone di tre nodi con IP 10.0.0.1, 10.0.0.2 e 10.0.0.3, e la NodePort è 30080, è possibile accedere al servizio tramite uno qualsiasi di questi tre IP sulla porta 30080.

Esempio di Manifesto (NodePort):

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: test-web-app
spec:
  selector:
    app: frontend
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
      nodePort: 30080 # Opzionale: Specificare la porta esterna, o Kubernetes ne sceglie una
  type: NodePort

Avviso: Poiché il servizio è esposto su ogni nodo, se un nodo fallisce, è necessario assicurarsi che il traffico non gli venga indirizzato. Inoltre, l'intervallo di porte (30000-32767) potrebbe entrare in conflitto con altri servizi o configurazioni host.

3. LoadBalancer: Esposizione Esterna Cloud-Native

LoadBalancer è il metodo preferito per esporre applicazioni di produzione esternamente quando si opera su un provider cloud supportato (AWS, GCP, Azure, ecc.).

Casi d'Uso per LoadBalancer

Distribuzioni di Produzione: Fornisce un accesso esterno robusto e altamente disponibile che si integra perfettamente con l'infrastruttura del provider cloud.
Gestione Automatica degli IP: Elimina la necessità di conoscere gli IP dei singoli Nodi o di gestire i conflitti di porta.

Dettagli di Implementazione

Quando viene creato un Servizio di tipo LoadBalancer in un ambiente cloud, il relativo manager del controller cloud fornisce un Load Balancer esterno (ad esempio, un AWS ELB o un Load Balancer GCP) e lo configura per instradare il traffico verso i Nodi del cluster sulla NodePort specificata (che il LB cloud gestisce tipicamente internamente).

Questo Load Balancer esterno riceve un indirizzo IP esterno dedicato e statico.

Esempio di Manifesto (LoadBalancer):

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: public-web-service
spec:
  selector:
    app: public-facing
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: LoadBalancer

Quando questo viene creato, l'output (utilizzando kubectl get svc) mostrerà un indirizzo IP esterno assegnato:

NAME                  TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP      PORT(S)        AGE
public-web-service    LoadBalancer   10.96.45.11   34.120.200.55    80:30021/TCP   1m

L'applicazione è ora raggiungibile tramite http://34.120.200.55.

Best Practice: Per i servizi che richiedono la terminazione HTTPS/SSL, è spesso consigliabile configurare il Load Balancer cloud esterno (utilizzando annotazioni specifiche per il proprio provider cloud) per gestire TLS, piuttosto che eseguire la logica di terminazione all'interno dei Pod Kubernetes.

Tabella di Confronto Riassuntiva

Caratteristica	ClusterIP	NodePort	LoadBalancer
Uso Primario	Comunicazione di servizi interni	Accesso esterno semplice (Test/Bare-metal)	Accesso esterno di produzione, cloud-native
Raggiungibilità	Solo all'interno del cluster	Ogni nodo su una porta statica (30000-32767)	IP esterno gestito dal provider cloud
Stabilità IP	IP interno stabile	IP dei nodi stabili, ma richiede la conoscenza della porta
Dipendenza Cloud	Nessuna	Nessuna	Elevata (Richiede Cloud Controller Manager)
Costo	Gratuito (Nessuna infrastruttura esterna)	Minimo (Utilizza risorse dei nodi)	Significativo (Addebito per risorse LB esterne)
Complessità Config.	Più bassa	Bassa	Moderata (Richiede configurazione cloud)

Conclusione: Scegliere con Saggezza

La selezione del tipo di Servizio corretto è un passo fondamentale nel networking di Kubernetes:

Iniziare Internamente (ClusterIP): Se il servizio non deve mai essere accessibile dall'esterno del cluster, utilizzare sempre ClusterIP. Ciò riduce al minimo la superficie di attacco e l'overhead.
Test/Bare-Metal (NodePort): Se è necessario un test esterno di base o si sta eseguendo Kubernetes al di fuori di un ambiente cloud principale, NodePort fornisce un accesso esterno immediato, anche se meno robusto.
Produzione Cloud (LoadBalancer): Per qualsiasi applicazione di produzione ospitata su AWS, GCP o Azure che richieda un punto di ingresso esterno durevole, stabile e dedicato, LoadBalancer è la scelta corretta, sfruttando l'infrastruttura cloud per la resilienza.

Allineando il tipo di Servizio con l'accessibilità richiesta e l'ambiente di distribuzione, si garantiscono prestazioni, sicurezza e integrazione ottimali all'interno dell'architettura di orchestrazione dei container.