Kubernetes Ingress解析

前言

这是kubernete官方文档中Ingress Resource的翻译，因为最近工作中用到，文章也不长，也很好理解，索性翻译一下，也便于自己加深理解，同时造福kubernetes中文社区。后续准备使用Traefik来做Ingress controller，文章末尾给出了几个相关链接，实际使用案例正在摸索中，届时相关安装文档和配置说明将同步更新到kubernetes-handbook中。

术语

在本篇文章中你将会看到一些在其他地方被交叉使用的术语，为了防止产生歧义，我们首先来澄清下。

• 节点：Kubernetes集群中的一台物理机或者虚拟机。
• 集群：位于Internet防火墙后的节点，这是kubernetes管理的主要计算资源。
• 边界路由器：为集群强制执行防火墙策略的路由器。 这可能是由云提供商或物理硬件管理的网关。
• 集群网络：一组逻辑或物理链接，可根据Kubernetes网络模型实现群集内的通信。 集群网络的实现包括Overlay模型的 flannel 和基于SDN的OVS。
• 服务：使用标签选择器标识一组pod成为的Kubernetes服务。 除非另有说明，否则服务假定在集群网络内仅可通过虚拟IP访问。

什么是Ingress？

通常情况下，service和pod仅可在集群内部网络中通过IP地址访问。所有到达边界路由器的流量或被丢弃或被转发到其他地方。从概念上讲，可能像下面这样：

    internet
        |
  ------------
  [ Services ]

Ingress是授权入站连接到达集群服务的规则集合。

    internet
        |
   [ Ingress ]
   --|-----|--
   [ Services ]

你可以给Ingress配置提供外部可访问的URL、负载均衡、SSL、基于名称的虚拟主机等。用户通过POST Ingress资源到API server的方式来请求ingress。 Ingress controller负责实现Ingress，通常使用负载平衡器，它还可以配置边界路由和其他前端，这有助于以HA方式处理流量。

先决条件

在使用Ingress resource之前，有必要先了解下面几件事情。Ingress是beta版本的resource，在kubernetes1.1之前还没有。你需要一个Ingress Controller来实现Ingress，单纯的创建一个Ingress没有任何意义。

GCE/GKE会在master节点上部署一个ingress controller。你可以在一个pod中部署任意个自定义的ingress controller。你必须正确地annotate每个ingress，比如 运行多个ingress controller 和 关闭glbc.

确定你已经阅读了Ingress controller的beta版本限制。在非GCE/GKE的环境中，你需要在pod中部署一个controller。

Ingress Resource

最简化的Ingress配置：

1: apiVersion: extensions/v1beta1
2: kind: Ingress
3: metadata:
4:   name: test-ingress
5: spec:
6:   rules:
7:   - http:
8:       paths:
9:       - path: /testpath
10:        backend:
11:           serviceName: test
12:           servicePort: 80

如果你没有配置Ingress controller就将其POST到API server不会有任何用处

配置说明

1-4行：跟Kubernetes的其他配置一样，ingress的配置也需要apiVersion，kind和metadata字段。配置文件的详细说明请查看部署应用, 配置容器和 使用resources.

5-7行: Ingress spec 中包含配置一个loadbalancer或proxy server的所有信息。最重要的是，它包含了一个匹配所有入站请求的规则列表。目前ingress只支持http规则。

8-9行：每条http规则包含以下信息：一个host配置项（比如for.bar.com，在这个例子中默认是*），path列表（比如：/testpath），每个path都关联一个backend(比如test:80)。在loadbalancer将流量转发到backend之前，所有的入站请求都要先匹配host和path。

10-12行：正如 services doc中描述的那样，backend是一个service:port的组合。Ingress的流量被转发到它所匹配的backend。

全局参数：为了简单起见，Ingress示例中没有全局参数，请参阅资源完整定义的api参考。 在所有请求都不能跟spec中的path匹配的情况下，请求被发送到Ingress controller的默认后端，可以指定全局缺省backend。

Ingress Controllers

为了使Ingress正常工作，集群中必须运行Ingress controller。 这与其他类型的控制器不同，其他类型的控制器通常作为kube-controller-manager二进制文件的一部分运行，在集群启动时自动启动。 你需要选择最适合自己集群的Ingress controller或者自己实现一个。 示例和说明可以在这里找到。

在你开始前

以下文档描述了Ingress资源中公开的一组跨平台功能。 理想情况下，所有的Ingress controller都应该符合这个规范，但是我们还没有实现。 GCE和nginx控制器的文档分别在这里和这里。确保您查看控制器特定的文档，以便您了解每个文档的注意事项。

Ingress类型

单Service Ingress

Kubernetes中已经存在一些概念可以暴露单个service（查看替代方案），但是你仍然可以通过Ingress来实现，通过指定一个没有rule的默认backend的方式。

ingress.yaml定义文件：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: test-ingress
spec:
  backend:
    serviceName: testsvc
    servicePort: 80

使用kubectl create -f命令创建，然后查看ingress：

$ kubectl get ing
NAME                RULE          BACKEND        ADDRESS
test-ingress        -             testsvc:80     107.178.254.228

107.178.254.228就是Ingress controller为了实现Ingress而分配的IP地址。RULE列表示所有发送给该IP的流量都被转发到了BACKEND所列的Kubernetes service上。

简单展开

如前面描述的那样，kubernete pod中的IP只在集群网络内部可见，我们需要在边界设置一个东西，让它能够接收ingress的流量并将它们转发到正确的端点上。这个东西一般是高可用的loadbalancer。使用Ingress能够允许你将loadbalancer的个数降低到最少，例如，嫁入你想要创建这样的一个设置：

foo.bar.com -> 178.91.123.132 -> / foo    s1:80
                                 / bar    s2:80

你需要一个这样的ingress：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: test
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - path: /foo
        backend:
          serviceName: s1
          servicePort: 80
      - path: /bar
        backend:
          serviceName: s2
          servicePort: 80

使用kubectl create -f创建完ingress后：

$ kubectl get ing
NAME      RULE          BACKEND   ADDRESS
test      -
          foo.bar.com
          /foo          s1:80
          /bar          s2:80

只要服务（s1，s2）存在，Ingress controller就会将提供一个满足该Ingress的特定loadbalancer实现。 这一步完成后，您将在Ingress的最后一列看到loadbalancer的地址。

基于名称的虚拟主机

Name-based的虚拟主机在同一个IP地址下拥有多个主机名。

foo.bar.com --|                 |-> foo.bar.com s1:80
              | 178.91.123.132  |
bar.foo.com --|                 |-> bar.foo.com s2:80

下面这个ingress说明基于Host header的后端loadbalancer的路由请求：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: test
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s1
          servicePort: 80
  - host: bar.foo.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s2
          servicePort: 80

默认backend：一个没有rule的ingress，如前面章节中所示，所有流量都将发送到一个默认backend。你可以用该技巧通知loadbalancer如何找到你网站的404页面，通过制定一些列rule和一个默认backend的方式。如果请求header中的host不能跟ingress中的host匹配，并且/或请求的URL不能与任何一个path匹配，则流量将路由到你的默认backend。

TLS

你可以通过指定包含TLS私钥和证书的secret来加密Ingress。 目前，Ingress仅支持单个TLS端口443，并假定TLS termination。 如果Ingress中的TLS配置部分指定了不同的主机，则它们将根据通过SNI TLS扩展指定的主机名（假如Ingress controller支持SNI）在多个相同端口上进行复用。 TLS secret中必须包含名为tls.crt和tls.key的密钥，这里面包含了用于TLS的证书和私钥，例如：

apiVersion: v1
data:
  tls.crt: base64 encoded cert
  tls.key: base64 encoded key
kind: Secret
metadata:
  name: testsecret
  namespace: default
type: Opaque

在Ingress中引用这个secret将通知Ingress controller使用TLS加密从将客户端到loadbalancer的channel：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: no-rules-map
spec:
  tls:
    - secretName: testsecret
  backend:
    serviceName: s1
    servicePort: 80

请注意，各种Ingress controller支持的TLS功能之间存在差距。 请参阅有关nginx，GCE或任何其他平台特定Ingress controller的文档，以了解TLS在你的环境中的工作原理。

Ingress controller启动时附带一些适用于所有Ingress的负载平衡策略设置，例如负载均衡算法，后端权重方案等。更高级的负载平衡概念（例如持久会话，动态权重）尚未在Ingress中公开。 你仍然可以通过service loadbalancer获取这些功能。 随着时间的推移，我们计划将适用于跨平台的负载平衡模式加入到Ingress资源中。

还值得注意的是，尽管健康检查不直接通过Ingress公开，但Kubernetes中存在并行概念，例如准备探查，可以使你达成相同的最终结果。 请查看特定控制器的文档，以了解他们如何处理健康检查（nginx，GCE）。

更新Ingress

假如你想要向已有的ingress中增加一个新的Host，你可以编辑和更新该ingress：

$ kubectl get ing
NAME      RULE          BACKEND   ADDRESS
test      -                       178.91.123.132
          foo.bar.com
          /foo          s1:80
$ kubectl edit ing test

这会弹出一个包含已有的yaml文件的编辑器，修改它，增加新的Host配置。

spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s1
          servicePort: 80
        path: /foo
  - host: bar.baz.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s2
          servicePort: 80
        path: /foo
..

保存它会更新API server中的资源，这会触发ingress controller重新配置loadbalancer。

$ kubectl get ing
NAME      RULE          BACKEND   ADDRESS
test      -                       178.91.123.132
          foo.bar.com
          /foo          s1:80
          bar.baz.com
          /foo          s2:80

在一个修改过的ingress yaml文件上调用kubectl replace -f命令一样可以达到同样的效果。

跨可用域故障

在不通云供应商之间，跨故障域的流量传播技术有所不同。 有关详细信息，请查看相关Ingress controller的文档。 有关在federation集群中部署Ingress的详细信息，请参阅[federation文档]()。

未来计划

• 多样化的HTTPS/TLS模型支持（如SNI，re-encryption）
• 通过声明来请求IP或者主机名
• 结合L4和L7 Ingress
• 更多的Ingress controller

请跟踪L7和Ingress的proposal，了解有关资源演进的更多细节，以及Ingress repository，了解有关各种Ingress controller演进的更多详细信息。

替代方案

你可以通过很多种方式暴露service而不必直接使用ingress：

• 使用Service.Type=LoadBalancer
• 使用Service.Type=NodePort
• 使用Port Proxy
• 部署一个Service loadbalancer 这允许你在多个service之间共享单个IP，并通过Service Annotations实现更高级的负载平衡。

参考

Kubernetes Ingress Resource

使用NGINX Plus负载均衡Kubernetes服务

使用 NGINX 和 NGINX Plus 的 Ingress Controller 进行 Kubernetes 的负载均衡

Kubernetes : Ingress Controller with Træfɪk and Let’s Encrypt

Kubernetes : Træfɪk and Let’s Encrypt at scale

Kubernetes Ingress Controller-Træfɪk

Kubernetes 1.2 and simplifying advanced networking with Ingress