Ingress

LoadBalancer类型的Service提供的是四层负载均衡器,当只需要向外暴露一个服务的时候,采用这种方式是没有问题的。但当一个应用需要对外提供多个服务时,采用该方式则要求为每一个四层服务(IP+Port)都创建一个外部load balancer。

一般来说,同一个应用的多个服务/资源会放在同一个域名下,在这种情况下,创建多个Load balancer是完全没有必要的,反而带来了额外的开销和管理成本。另外直接将服务暴露给外部用户也会导致了前端和后端的耦合,影响了后端架构的灵活性,如果以后由于业务需求对服务进行调整会直接影响到客户端。为了解决该问题,可以通过使用Kubernetes Ingress来作为网络入口。

Ingress 功能介绍

Kubernetes Ingress声明了一个应用层(OSI七层)的负载均衡器,可以根据HTTP请求的内容将来自同一个TCP端口的请求分发到不同的Kubernetes Service,其功能包括:

  • 按HTTP请求的URL进行路由
    同一个TCP端口进来的流量可以根据URL路由到Cluster中的不同服务,如下图所示:
Simple fanout
图片 - Simple fanout
  • 按HTTP请求的Host进行路由
    同一个IP进来的流量可以根据HTTP请求的Host路由到Cluster中的不同服务,如下图所示:
Name based virtual hosting
图片 - Name based virtual hosting

Ingress 规则定义了对七层网关的要求,包括URL分发规则,基于不同域名的虚拟主机,SSL证书等。Kubernetes使用Ingress Controller 来监控Ingress规则,并通过一个七层网关来实现这些要求,一般可以使用Nginx,HAProxy,Envoy等。

Ingress配合NodePort和LoadBalancer提供对外流量入口

虽然Ingress Controller通过七层网关为后端的多个Service提供了统一的入口,但由于其部署在集群中,因此并不能直接对外提供服务。实际上Ingress需要配合NodePort和LoadBalancer才能提供对外的流量入口,如下图所示:

采用Ingress, NodePortal和LoadBalancer提供外部流量入口的拓扑结构
图片 - 采用Ingress, NodePortal和LoadBalancer提供外部流量入口的拓扑结构

上图描述了如何采用Ingress配合NodePort和Load Balancer为集群提供外部流量入口,从该拓扑图中可以看到该架构的伸缩性非常好,在NodePort,Ingress,Pod等不同的接入层面都可以对系统进行水平扩展,以应对不同的外部流量要求。

上图只展示了逻辑架构,下面的图展示了具体的实现原理:

采用Ingress, NodePortal和LoadBalancer提供外部流量入口的实现原理
图片 - 采用Ingress, NodePortal和LoadBalancer提供外部流量入口的实现原理

流量从外部网络到达Pod的完整路径如下:

  1. 外部请求先通过四层Load Balancer进入内部网络
  2. Load Balancer将流量分发到后端多个主机节点上的NodePort (userspace转发)
  3. 请求从NodePort进入到Ingress Controller (iptabes规则,Ingress Controller本身是一个NodePort类型的Service)
  4. Ingress Controller根据Ingress rule进行七层分发,根据HTTP的URL和Host将请求分发给不同的Service (userspace转发)
  5. Service将请求最终导入到后端提供服务的Pod中 (iptabes规则)

从前面的介绍可以看到,K8S Ingress提供了一个基础的七层网关功能的抽象定义,其作用是对外提供一个七层服务的统一入口,并根据URL/HOST将请求路由到集群内部不同的服务上。

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