Ingress

Ingress 是从 Kubernetes 集群外部访问集群内部服务的入口,是将 Kubernetes 集群内部服务暴露到外界的几种方式之一。本文将为你详细介绍 Ingress 资源对象。

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,通常使用负载均衡器,它还可以配置边界路由和其他前端,这有助于以高可用的方式处理流量。

先决条件

在使用 Ingress 资源之前,有必要先了解下面几件事情。

  • 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。你必须正确地注解每个 ingress,比如运行多个 ingress controller 和关闭 glbc。
  • 在非 GCE/GKE 的环境中,你需要在 pod 中部署一个 controller,例如 Nginx Ingress Controller

Ingress 资源

最简化的 Ingress 配置如下。

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 apiVersionkindmetadata 字段。配置文件的详细说明请查看 部署应用配置容器 和使用资源。

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。

IngressClass

Ingress 可以由不同的控制器实现,通常使用不同的配置。 每个 Ingress 应当指定一个类,也就是一个对 IngressClass 资源的引用。 IngressClass 资源包含额外的配置,其中包括应当实现该类的控制器名称。下面是一个 IngressClass 示例。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: IngressClass
metadata:
  name: external-lb
spec:
  controller: example.com/ingress-controller
  parameters:
    apiGroup: k8s.example.com
    kind: IngressParameters
    name: external-lb

IngressClass 中的 .spec.parameters 字段可用于引用其他资源以提供额外的相关配置。

参数(parameters)的具体类型取决于你在 .spec.controller 字段中指定的 Ingress 控制器。

IngressClass 的作用域

IngressClass 的作用域取决于你的 Ingress 控制器,可以使用集群范围也可以是某个命名空间。

IngressClass 的默认作用于是集群级别,关于 IngressClass 作用域的详细使用说明请见 Ingress 文档

默认 IngressClass

你可以将一个特定的 IngressClass 标记为集群默认 IngressClass。 将一个 IngressClass 资源的 ingressclass.kubernetes.io/is-default-class 注解设置为 true 将确保新的未指定 ingressClassName 字段的 Ingress 能够分配为这个默认的 IngressClass。集群中最多只能有一个 IngressClass 被标记为默认。

kubernetes.io/ingress.class 注解

在 Kubernetes 1.18 版本引入 IngressClass 资源和 ingressClassName 字段之前,Ingress 类是通过 Ingress 中的一个 kubernetes.io/ingress.class 注解来指定的。 这个注解从未被正式定义过,但是得到了 Ingress 控制器的广泛支持。

ingressClassName 配置项是该注解的替代品,但并不完全等价。 该注解通常用于引用实现该 Ingress 的控制器的名称,而这个新的字段则是对一个包含额外 Ingress 配置的 IngressClass 资源的引用,包括 Ingress 控制器的名称。

Ingress 类型

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,但是目前还没有实现。

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。

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,kubernetes 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,假如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.crttls.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 nginxGCE 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(nginxGCE)。

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

在不同云供应商之间,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:

参考

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