【一起来学kubernetes】7、k8s中的ingress详解

引言

Ingress是Kubernetes集群中的一种资源类型，用于实现用域名的方式访问Kubernetes内部应用。它为Kubernetes集群中的服务提供了入口，可以提供负载均衡、SSL终止和基于名称的虚拟主机。在生产环境中常用的Ingress有Treafik、Nginx、HAProxy、Istio等。基本概念是在Kubernetes v 1.1版中添加的Ingress用于从集群外部到集群内部Service的HTTP和HTTPS路由，流量从Internet到Ingress再到Services最后到Pod上。通常情况下，Ingress部署在所有的Node节点上，可以配置提供服务外部访问的URL、负载均衡、终止SSL，并提供基于域名的虚拟主机，但它不会暴露任意端口或协议。

配置示例

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apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: minimal-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  ingressClassName: nginx-example
  rules:
  - http:
      paths:
      - path: /testpath
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: test
            port:
              number: 80

Ingress 需要指定 apiVersion、kind、 metadata和 spec 字段。 Ingress 对象的命名必须是合法的 DNS 子域名名称。关于如何使用配置文件的一般性信息，请参见部署应用、配置容器、管理资源。 Ingress 经常使用注解（Annotations）来配置一些选项，具体取决于 Ingress 控制器，例如 rewrite-target 注解。不同的 Ingress 控制器支持不同的注解。查看你所选的 Ingress 控制器的文档，以了解其所支持的注解。

Ingress 规约提供了配置负载均衡器或者代理服务器所需要的所有信息。最重要的是，其中包含对所有入站请求进行匹配的规则列表。 Ingress 资源仅支持用于转发 HTTP(S) 流量的规则。

如果 ingressClassName 被省略，那么你应该定义一个默认的 Ingress 类。

有些 Ingress 控制器不需要定义默认的 IngressClass。比如：Ingress-NGINX 控制器可以通过参数 --watch-ingress-without-class 来配置。不过仍然推荐按下文所示来设置默认的 IngressClass。

负载均衡的实现

Ingress可以通过定义规则将外部流量路由到集群内部的服务，具体实现方式如下：

在Kubernetes集群中部署一个Ingress Controller组件，它可以根据Ingress中定义的规则提供对应的代理能力。
Ingress Controller会解析处理Ingress中定义的规则，并且动态地监听集群中Ingress规则变化，实时的进行刷新操作。
通过HTTP和HTTPS的形式暴露集群内部服务，通过指定的域名规则定义，可以将集群外部的流量路由传输到集群内部的服务，最终到达Pod中被应用程序接收和处理。

负载均衡策略

Ingress的负载均衡策略主要有以下几种：

round_robin ：轮询调度，默认的负载均衡策略，按照每个后端服务的权重进行请求分配。
ewma ：指数加权移动平均策略，它是一种动态的负载均衡策略，权重计算基于后端服务的响应时间。如果某个服务的响应时间较长，那么它的权重会相应降低，从而分配到的请求会减少。
chash ：基于哈希的负载均衡策略，它将请求的URL和HTTP方法作为key，将后端服务作为value，相同的key会被映射到相同的服务。
chashsubset ：基于哈希子集的负载均衡策略，它将请求的URL和HTTP方法作为key，将后端服务作为value，相同的key会被映射到相同的服务。同时，它还会根据后端服务的性能和健康状况动态地调整权重。
sticky ：粘性负载均衡策略，它根据客户端的IP地址和请求的URL和HTTP方法来分配请求。同一个IP地址的请求会被映射到同一个后端服务。

以上是Ingress支持的一些负载均衡策略，可以根据实际需求选择合适的策略。

实现模式

Ingress在Kubernetes中主要有两种实现模式，分别是HostNetwork模式和NodePort模式。

HostNetwork模式：在每个节点上都创建一个ingress-controller的容器，该容器的网络模式设为hostNetwork。这意味着访问请求通过80/443端口将直接进入到pod中，然后ingress-controller根据ingress规则再将流量转发到对应的业务容器中。
NodePort模式：访问流量先通过NodePort进入到节点，然后经iptables (svc) 转发至ingress-controller容器，再根据规则转发至后端各业务的容器中。

实现方案

Ingress的实现方案通常涉及到以下几个组件：

Ingress资源：这是Kubernetes中的一个API对象，用于定义路由规则，将外部的HTTP/HTTPS请求路由到集群内部的服务。Ingress资源描述了哪些主机和路径应该路由到哪些服务，这是Ingress实现方案的基础。
Ingress控制器：Ingress控制器是实际执行路由功能的组件。它需要解析Ingress资源中的规则，并设置相应的代理或负载均衡策略。当Ingress资源发生变化时，Ingress控制器需要动态地更新其配置，以保持与Ingress资源的同步。

具体来说，实现Ingress的方案通常如下：

首先，需要部署一个Ingress控制器，例如Nginx、Traefik等。这个控制器会运行在Kubernetes集群中，并监听Ingress资源的变化。
接下来，创建Ingress资源，定义路由规则。例如，可以定义一个规则，将所有以example.com为域名的请求路由到名为my-service的服务。
Ingress控制器会解析这个Ingress资源，并根据定义的规则设置代理或负载均衡。例如，如果Ingress资源指定了使用轮询策略进行负载均衡，那么Ingress控制器就会配置其代理组件以轮询方式将请求发送到后端服务。
当外部请求到达Ingress控制器时，它会根据定义的规则将请求转发到相应的服务。这样，就可以通过简单的配置实现复杂的路由和负载均衡策略。

需要注意的是，Ingress的实现方案可能会因所选的Ingress控制器而有所不同。不同的Ingress控制器可能支持不同的功能、性能和扩展性。因此，在选择Ingress控制器时，需要根据实际需求进行评估和选择。

Nginx类型Ingress实现

Nginx类型的Ingress实现是通过Nginx Ingress Controller来完成的。Nginx Ingress Controller是一个符合Kubernetes Ingress规范的实现，它使用Nginx作为反向代理来实现Ingress的功能。具体实现过程如下：

安装Nginx Ingress Controller：首先需要安装Nginx Ingress Controller。可以通过Kubernetes的官方 Helm chart 或者其他方式进行安装。安装完成后，Nginx Ingress Controller会以Kubernetes Pod的形式运行在集群中。
创建Ingress资源 ：定义Ingress资源，描述路由规则。Ingress资源会包含一些字段，比如host、path等，用于匹配并路由请求到对应的服务。例如，可以根据不同的主机名和路径将请求路由到不同的后端服务。
Nginx Ingress Controller解析Ingress资源：Nginx Ingress Controller会监听Kubernetes API Server中的Ingress资源变化，并及时解析Ingress资源中的规则。
配置Nginx：根据解析得到的规则，Nginx Ingress Controller会动态生成Nginx配置文件，并更新Nginx的配置。这样，Nginx就可以根据配置文件的规则，将请求正确地代理到后端服务。当Ingress资源发生变化时，Nginx Ingress Controller会相应地更新Nginx的配置，以保持与实际路由规则的一致。
请求路由：一旦Nginx的配置更新完成，外部的请求到达Nginx时，就会根据配置文件中的规则被路由到正确的后端服务。这样，通过Nginx Ingress Controller和Nginx的配合，就实现了Ingress的路由功能。

需要注意的是，Nginx类型的Ingress实现可以通过扩展Nginx Ingress Controller来实现更多的功能，比如认证、限流、重定向等。同时，也可以根据实际需求调整Nginx的配置参数，以满足特定的性能和安全要求。

Treafik类型Ingress实现

Treafik类型的Ingress实现是通过Traefik Ingress Controller来完成的。Traefik是一个现代的HTTP反向代理和负载均衡器，可以很好地与Kubernetes集成，并实现Ingress的功能。具体实现过程如下：

安装Traefik Ingress Controller：首先需要在Kubernetes集群中安装Traefik Ingress Controller。可以通过Kubernetes的官方Helm chart或其他方式进行安装。安装完成后，Traefik会以Kubernetes Pod的形式运行在集群中。
配置Traefik：根据实际需求配置Traefik。Traefik支持通过配置文件、环境变量或Kubernetes自定义资源等方式进行配置。可以配置一些参数，比如监听端口、访问日志、SSL证书等。
创建Ingress资源 ：定义Ingress资源，描述路由规则。Ingress资源会包含一些字段，比如host、path等，用于匹配并路由请求到对应的服务。
Traefik解析Ingress资源：Traefik会监听Kubernetes API Server中的Ingress资源变化，并及时解析Ingress资源中的规则。它会自动发现Kubernetes服务，并根据Ingress资源的定义生成相应的路由配置。
请求路由：一旦Traefik的配置和路由规则生成完成，外部的请求到达Traefik时，就会根据配置的规则被路由到正确的后端服务。Traefik会根据请求的主机名、路径等信息匹配Ingress资源中的规则，并将请求代理到相应的服务。
扩展功能：Traefik还支持许多扩展功能，比如自动SSL证书管理（通过Let's Encrypt等）、认证和授权、限流、重定向等。可以根据实际需求启用和配置这些功能。

需要注意的是，Traefik类型的Ingress实现可以通过自定义中间件来扩展功能。中间件是在请求到达后端服务之前或之后执行的插件，可以实现各种功能，比如请求头修改、请求体转换等。

总结来说，通过Traefik Ingress Controller和Traefik的配合，可以实现灵活且功能丰富的Ingress路由方案。

HAProxy类型ingress实现

HAProxy类型的Ingress实现是通过HAProxy Ingress Controller来完成的。HAProxy是一个高性能的负载均衡器和反向代理服务器，可以作为Ingress控制器来实现Ingress的功能。具体实现过程如下：

安装HAProxy Ingress Controller：首先需要在Kubernetes集群中安装HAProxy Ingress Controller。可以通过Kubernetes的官方Helm chart或其他方式进行安装。安装完成后，HAProxy Ingress Controller会以Kubernetes Pod的形式运行在集群中。
配置HAProxy：根据实际需求配置HAProxy。HAProxy支持通过配置文件、环境变量或Kubernetes自定义资源等方式进行配置。可以配置一些参数，比如监听端口、会话保持、SSL证书等。
创建Ingress资源 ：定义Ingress资源，描述路由规则。Ingress资源会包含一些字段，比如host、path等，用于匹配并路由请求到对应的服务。
HAProxy解析Ingress资源：HAProxy Ingress Controller会监听Kubernetes API Server中的Ingress资源变化，并及时解析Ingress资源中的规则。它会自动发现Kubernetes服务，并根据Ingress资源的定义生成相应的路由配置。
请求路由：一旦HAProxy的配置和路由规则生成完成，外部的请求到达HAProxy时，就会根据配置的规则被路由到正确的后端服务。HAProxy会根据请求的主机名、路径等信息匹配Ingress资源中的规则，并将请求代理到相应的服务。
扩展功能：HAProxy还支持许多扩展功能，比如自动SSL证书管理（通过Let's Encrypt等）、会话保持、重定向等。可以根据实际需求启用和配置这些功能。

需要注意的是，HAProxy类型的Ingress实现也可以通过自定义中间件来扩展功能。中间件是在请求到达后端服务之前或之后执行的插件，可以实现各种功能，比如请求头修改、请求体转换等。

总结来说，通过HAProxy Ingress Controller和HAProxy的配合，可以实现高性能、可扩展且功能丰富的Ingress路由方案。

Istio类型ingress实现

Istio类型的Ingress实现是通过Istio Ingress Controller来完成的。Istio是一个服务网格平台，提供了强大的流量管理和安全功能。它提供了与Kubernetes集成的Ingress功能，可以轻松地实现复杂的路由和负载均衡策略。具体实现过程如下：

安装Istio：首先需要在Kubernetes集群中安装Istio。可以通过Kubernetes的官方Helm chart或其他方式进行安装。安装完成后，Istio会以Kubernetes Pod的形式运行在集群中，并自动发现Kubernetes服务。
创建Ingress资源 ：定义Ingress资源，描述路由规则。Ingress资源会包含一些字段，比如host、path等，用于匹配并路由请求到对应的服务。Istio支持多种类型的Ingress，包括v1alpha1和 networking.gRPC API。
Istio解析Ingress资源：Istio Ingress Controller会监听Kubernetes API Server中的Ingress资源变化，并及时解析Ingress资源中的规则。它会自动发现Kubernetes服务，并根据Ingress资源的定义生成相应的路由配置。
配置Istio Ingress Controller：通过配置文件或Kubernetes自定义资源等方式配置Istio Ingress Controller。可以配置一些参数，比如监听端口、SSL证书等。在Istio中，Ingress Controller与Egress Controller协同工作，实现了强大的流量管理和安全功能。
请求路由：一旦Istio的配置和路由规则生成完成，外部的请求到达Istio时，就会根据配置的规则被路由到正确的后端服务。Istio会根据请求的主机名、路径等信息匹配Ingress资源中的规则，并将请求代理到相应的服务。它还提供了许多扩展功能，比如认证、限流、重定向等。可以根据实际需求启用和配置这些功能。

需要注意的是，Istio类型的Ingress实现具有强大的流量管理和安全功能，但也需要更多的配置和维护工作。在使用Istio时，需要仔细考虑其性能和可扩展性方面的影响，并根据实际需求进行配置和优化。

APISIX类型ingress实现

APISIX是阿里巴巴开源的一个高性能、可扩展的API网关，它提供了Ingress功能，可以作为Kubernetes集群的Ingress Controller。以下是APISIX类型Ingress的实现过程：

安装APISIX：在Kubernetes集群中安装APISIX。可以通过Kubernetes的官方Helm chart或其他方式进行安装。安装完成后，APISIX会以Kubernetes Pod的形式运行在集群中。
配置APISIX：根据实际需求配置APISIX。可以配置一些参数，比如监听端口、访问日志、SSL证书等。APISIX提供了丰富的配置项和插件机制，可以灵活地满足不同的需求。
创建Ingress资源 ：定义Ingress资源，描述路由规则。Ingress资源会包含一些字段，比如host、path等，用于匹配并路由请求到对应的服务。
APISIX解析Ingress资源：APISIX会监听Kubernetes API Server中的Ingress资源变化，并及时解析Ingress资源中的规则。它会自动发现Kubernetes服务，并根据Ingress资源的定义生成相应的路由配置。
请求路由：一旦APISIX的配置和路由规则生成完成，外部的请求到达APISIX时，就会根据配置的规则被路由到正确的后端服务。APISIX会根据请求的主机名、路径等信息匹配Ingress资源中的规则，并将请求代理到相应的服务。它支持多种协议和负载均衡算法，可以根据实际需求进行配置。
扩展功能：APISIX还支持许多扩展功能，比如自动SSL证书管理（通过Let's Encrypt等）、认证和授权、限流、重定向等。可以根据实际需求启用和配置这些功能。

需要注意的是，使用APISIX作为Ingress Controller时，需要考虑到性能和可扩展性方面的影响。APISIX具有很高的性能和可扩展性，但也需要根据实际需求进行配置和优化。同时，需要仔细考虑与Kubernetes的集成和自动化部署等方面的问题。

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