第9章：Ingress

2024-01-12 18:10:52

9.1 Ingress为弥补NodePort不足而生

1 单独用service暴露服务的方式，在实际生产环境中不太合适 ClusterIP 只能在集群内部访问。 NodePort 方式的话，测试环境使用还行，当有几十上百的服务在集群中运行时，NodePort的端口管理是灾难。 LoadBalance 方式受限于云平台，且通常在云平台部署ELB还需要额外的费用。

2 ingress与ingress-controller

ingress对象：指的是k8s中的一个api对象，一般用yaml配置。作用是定义请求如何转发到service的规则，可以理解为配置模板。

ingress-controller：具体实现反向代理及负载均衡的程序，对ingress定义的规则进行解析，根据配置的规则来实现请求转发。简单来说，ingress-controller才是负责具体转发的组件，通过各种方式将它暴露在集群入口，外部对集群的请求流量会先到ingress-controller，而ingress对象是用来告诉ingress-controller该如何转发请求，比如哪些域名哪些path要转发到哪些服务等等。Ingress Controller会动态感知集群中的Ingress的规则变化，然后读取，动态生成Nginx的配置文件，最后注入到运行nginx的pod的中，然后会自动reload，配置生效。

3 k8s真正提供服务的是pod，为了负载均衡，为了使用域名, service 诞生了，然后 ingress 诞生了，那么Ingress的作用如下

(1) 帮助位于集群中的Service能够有一个对外可达的url，即让集群外的客户端也可以访问到自己。(对于这一点，NodePort类型的Service可以实现，只支持4层负载均衡，一个端口只能一个服务使用，端口需提前规划) (2) 做专业的负载均衡，毕竟Service的负载均衡还是很初级的

4 Ingress工作流程

如下图所示，流量到达外部负载均衡器（externalLB）后，首先转发至Service资源Ingres-nginx上，然后通过Ingress控制器基于Ingress资源定义的规则将客户端请求流量直接转发至与Service对应的后端Pod资源之上。这种转发机制会绕过Service资源(app Service；api Service)，从而省去了由kube-proxy实现的端口代理开销。Ingress规则需要由一个Service资源对象辅助识别相关的所有Pod资源。如下Ingress通过app service资源去匹配后端的pod1和pod2；这个app service只是起到一个辅助识别功能。

user -> 域名 -> node ip:80/443 -> ingress controller -> 域名分流 –> pod

ingress controller pod -> 获取service(apiserver)关联的pod -> 应用到本地nginx(提供七层负载均衡)

因为是DaemoSet方式部署的ingress controller, 所以除master节点外每个从node节点都会部署一个ingress controller的pod并监听80和443端口。

9.2 Pod与Ingress的关系

通过Service相关联
通过Ingress Controller实现Pod的负载均衡
- 支持TCP/UDP 4层和HTTP 7层

9.3 Ingress Controller

为了使Ingress资源正常工作，集群必须运行一个Ingress Controller（负载均衡实现）。

所以要想通过ingress暴露你的应用，大致分为两步：

部署Ingress Controller
创建Ingress规则

整体流程如下：

Ingress Controller有很多实现，我们这里采用官方维护的Nginx控制器。

其他主流控制器：(1) Traefik： HTTP反向代理、负载均衡工具 (2) Istio：服务治理，控制入口流量

部署文档：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/nginx-0.30.0/docs/deploy/index.md

# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml

注意事项：
- 镜像地址修改成国内的(国外的源无法连接)：lizhenliang/nginx-ingress-controller:0.20.0
- 使用宿主机网络(提高网络转发性能)：hostNetwork: true

# vim mandatory.yaml
......
spec:
      hostNetwork: true
      serviceAccountName: nginx-ingress-serviceaccount
      containers:
        - name: nginx-ingress-controller
          image: lizhenliang/nginx-ingress-controller:0.20.0
          args:
            - /nginx-ingress-controller
            - --configmap=$(POD_NAMESPACE)/nginx-configuration
            - --tcp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/tcp-services
            - --udp-services-configmap=$(POD_NAMESPACE)/udp-services
            - --publish-service=$(POD_NAMESPACE)/ingress-nginx
            - --annotations-prefix=nginx.ingress.kubernetes.io
......

# kubectl apply -f mandatory.yaml
# kubectl get pods -n ingress-nginx -o wide
NAME                             READY   STATUS   RESTARTS   AGE     IP           NODE
nginx-ingress-controller-9r25t   1/1     Running   0         5m16s   172.16.1.71   k8s-node1
nginx-ingress-controller-p8g66   1/1     Running   0         5m16s   172.16.1.72   k8s-node2

# 查看ingress-controller中的nginx配置文件
# kubectl exec -it nginx-ingress-controller-9r25t sh -n ingress-nginx
$ ls /etc/nginx/nginx.conf
/etc/nginx/nginx.conf
$

# 此时在任意Node上就可以看到该控制监听的80和443端口，80和443端口就是接收来自外部访问集群中应用流量，转发对应的Pod上
# netstat -natp |egrep ":80|:443"
tcp       0     0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN     83841/nginx: master 
tcp       0     0 0.0.0.0:443             0.0.0.0:*               LISTEN     83841/nginx: master

9.4 Ingress

接下来，就可以创建ingress规则了。

在ingress里有三个必要字段：

host：访问该应用的域名，也就是域名解析
serverName：应用的service名称
serverPort： service端口

1、HTTP访问

# vim http.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-lc-ingress
spec:
  rules:
  - host: example.lc.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx
          servicePort: 80

# kubectl apply -f http.yaml
# kubectl get ingress
NAME                 HOSTS           ADDRESS   PORTS   AGE
example-lc-ingress   example.lc.com             80     47s

# 添加windows本地hosts解析
C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts
172.16.1.71 example.lc.com

# 使用域名访问
http://example.lc.com/

注意：

(1) 生产环境：example.lc.com 域名是在你购买域名的运营商上进行解析，A记录值为K8S Node的公网IP（该Node必须运行了Ingress controller）。

(2) 测试环境：可以绑定hosts模拟域名解析（"C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts"），对应IP是K8S Node的内网IP。例如：

172.16.1.71 example.lc.com

2、HTTPS访问

# vim sslhttp.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: sslexample-lc-ingress
spec:
  tls:
  - hosts:
    - sslexample.lc.com
    secretName: sslexample-lc-com
  rules:
    - host: sslexample.lc.com
      http:
        paths:
        - path: /
          backend:
            serviceName: nginx
            servicePort: 80

# kubectl apply -f sslhttp.yaml
# kubectl get ingress
NAME                    HOSTS               ADDRESS   PORTS     AGE
sslexample-lc-ingress   sslexample.lc.com             80, 443   8s

里面用到了secret名为example-lc-com，用于保存https证书。这里使用cfssl工具自签证书用于测试，先下载cfssl工具：

# cat cfssl.sh
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
chmod +x cfssl*
mv cfssl_linux-amd64 /usr/bin/cfssl
mv cfssljson_linux-amd64 /usr/bin/cfssljson
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo

# cat certs.sh

cat > ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
         "expiry": "87600h",
         "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ]
      }
    }
  }
}
EOF

cat > ca-csr.json <<EOF
{
    "CN": "kubernetes",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing"
        }
    ]
}
EOF

cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -

cat > sslexample.lc.com-csr.json <<EOF
{
  "CN": "sslexample.lc.com",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "L": "BeiJing",
      "ST": "BeiJing"
    }
  ]
}
EOF

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes sslexample.lc.com-csr.json | cfssljson -bare sslexample.lc.com

执行certs.sh脚本，生成证书：

# sh certs.sh
# ls *.pem
ca-key.pem  ca.pem  sslexample.lc.com-key.pem  sslexample.lc.com.pem

将证书保存在secret里：

# kubectl create secret tls sslexample-lc-com --cert=sslexample.lc.com.pem --key=sslexample.lc.com-key.pem
# kubectl get secret
NAME                  TYPE                                 DATA   AGE
default-token-wc5fp   kubernetes.io/service-account-token   3     13d
sslexample-lc-com     kubernetes.io/tls                     2     16s

# kubectl describe secrets sslexample-lc-com

这样，ingress就能通过secret名称拿到要用的证书了，然后绑定本地hosts，就可以https访问了：https://sslexample.lc.com/

3、根据URL路由到多个服务

# vim url.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: url-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: foobar.lc.com
    http:
      paths:
      - path: /foo
        backend:
          serviceName: service1
          servicePort: 80
  - host: foobar.lc.com
    http:
      paths:
      - path: /bar
        backend:
          serviceName: service2
          servicePort: 80

工作流程：

foobar.lc.com -> 172.16.1.71 -> /foo   service1:80
                                 /bar   service2:80

4、基于名称的虚拟主机

# vim vhost.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: name-virtual-host-ingress
spec:
  rules:
  - host: foo.lc.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: service1
          servicePort: 80
  - host: bar.lc.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: service2
          servicePort: 80

工作流程：

foo.lc.com --|                 |-> service1:80
                | 172.16.1.71 |
bar.lc.com --|                 |-> service2:80

9.5 Annotations对Ingress个性化配置

参考文档：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/master/docs/user-guide/nginx-configuration/annotations.md

HTTP：配置Nginx常用参数

# vim nginx_parameter.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
  annotations:
     kubernetes.io/ingress.class: "nginx“
     nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: "600"
     nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout: "600"
     nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "600"
     nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "10m"
spec:
  rules:
  - host: example.lc.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx
          servicePort: 80

HTTPS：禁止访问HTTP强制跳转到HTTPS（创建https后通过http访问默认会跳转到https）

# vim redirect_https.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: tls-example-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx“
    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: 'true'
spec:
  tls:
  - hosts:
    - sslexample.lc.com
    secretName: secret-tls
  rules:
    - host: sslexample.lc.com
      http:
        paths:
        - path: /
          backend:
            serviceName: nginx
            servicePort: 80

9.6 Ingress Controller高可用方案

如果域名只解析到一台Ingress controller，是存在单点的，挂了就不能提供服务了。这就需要具备高可用，有两种常见方案：

左边：双机热备，选择两台Node专门跑Ingress controller，然后通过keepalived对其做主备。用户通过VIP访问。

固定ingress controller到两个node上（daemonset+nodeselector），user -> 域名 -> vip(keepalived) ha -> pod

右边：高可用集群（推荐），前面加一个负载均衡器，转发请求到后端多台Ingress controller。

固定ingress controller到两个node上（daemonset+nodeselector），user -> 域名 -> LB（nginx、lvs、haproxy）-> ingress controller -> pod

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