K8s七层代理Ingress Controller详解-编程知识

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🏅个人专栏：《Kubernetes航线图：从船长到K8s掌舵者》 🏅

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一、前言

1、k8s简介

2、Ingress Controller简介

二、Ingress Controller基础

1、Ingress Controller的工作原理

2、Ingress Controller与Service、LoadBalancer的对比

三、Ingress资源对象

1、Ingress资源的定义

2、Ingress规则详解

3、Ingress注解的使用

一、前言

1、k8s简介

Kubernetes单词起源于希腊语, 是“舵手”或者“领航员、飞行员”的意思。

Kubernetes（简称K8s）的前世今生可以追溯到谷歌（Google）内部的一个项目，它起源于2003年，当时谷歌正面临着不断增长的应用程序和服务的管理挑战。这个项目最初被称为"Borg"，是一个早期的容器编排系统。Borg 的成功经验成为 Kubernetes 开发的契机。

有关k8s起源的介绍，请参考《初识K8s之前世今生、架构、组件、前景》这篇文章

Kubernetes的优点包括可移植性、可伸缩性和扩展性。它使用轻型的YAML清单文件实现声明性部署方法，对于应用程序更新，无需重新构建基础结构。管理员可以计划和部署容器，根据需要扩展容器并管理其生命周期。借助Kubernetes的开放源代码API，用户可以通过首选编程语言、操作系统、库和消息传递总线来构建应用程序，还可以将现有持续集成和持续交付（CI/CD）工具集成。

2、Ingress Controller简介

Ingress Controller 是 Kubernetes 中的一个控制器，用于管理和配置入站网络流量的路由规则。它与 Kubernetes 的 Ingress 资源结合使用，为集群中的服务提供外部访问。

简单来说，Ingress Controller 负责根据定义的 Ingress 规则，将流量路由到集群中的不同服务和端口，并且可以执行负载均衡以分发流量到多个 Pod。它支持基于域名的虚拟主机路由和基于 URL 路径的路由，可以配置 HTTPS 连接和终端，同时还支持灵活的配置和自动化部署。

Ingress Controller 的作用类似于一个反向代理，它接收外部流量并将其路由到集群内部的服务。通过 Ingress Controller，可以轻松地实现多个服务的统一入口和管理，提高了集群中服务的可访问性和可用性。

二、Ingress Controller基础

1、Ingress Controller的工作原理

Ingress Controller的工作原理主要涉及监听Ingress对象变化、解析Ingress规则、生成配置以及路由流量等步骤。

具体来说：

监听Ingress对象变化：Ingress Controller通过Kubernetes API服务器监听Ingress对象的变化。当新的Ingress对象被创建、更新或删除时，Ingress Controller能够感知到这些变化。
解析Ingress规则：Ingress Controller解析Ingress对象中定义的规则。这些规则包括主机名、路径、后端服务等信息，用于确定如何将流量路由到集群内的不同服务。
生成配置：Ingress Controller将解析后的规则转化为特定负载均衡器（如Nginx、Traefik等）可以理解的配置。这些配置通常包括反向代理设置、负载均衡策略、SSL/TLS配置等。
路由流量：Ingress Controller根据生成的配置，将外部流量路由到集群内的后端服务。这通常涉及到将请求的主机名和路径与Ingress规则进行匹配，然后将请求转发到相应的后端Pod上。
动态更新：Ingress Controller能够实时响应Ingress对象的变化，并动态更新其配置。这意味着当Ingress规则发生变化时，无需重启Ingress Controller或整个集群，流量路由将自动更新以适应新的规则。

Ingress Controller通常还支持高级功能，如SSL/TLS终结、跨域资源共享（CORS）设置、请求头修改等，以满足不同应用场景的需求。

2、Ingress Controller与Service、LoadBalancer的对比

Ingress Controller、Service 和 LoadBalancer 是 Kubernetes 中用于管理和配置网络流量的不同组件，它们各自承担着不同的角色和功能。

Service：

作用：Service 是 Kubernetes 中用于定义服务的抽象，它可以将应用程序暴露给集群内部或者外部的其他组件。Service 将后端 Pod 的 IP 和端口映射到一个稳定的虚拟 IP 和端口，其他组件可以通过访问 Service 来访问后端的 Pod。
类型：Service 可以有多种类型，包括 ClusterIP、NodePort、LoadBalancer 等，每种类型都有不同的使用场景和特性。

LoadBalancer：

作用：LoadBalancer 是 Kubernetes 中的一种 Service 类型，它将服务暴露给外部网络，并且可以自动创建并配置外部负载均衡器，以将流量分发到集群中的后端 Pod。LoadBalancer Service 类型通常由云服务提供商提供支持，并且可以实现负载均衡和高可用性。
特点：LoadBalancer Service 类型通常会创建一个云服务提供商的负载均衡器，该负载均衡器会自动接收流量并将其转发到 Service 中的后端 Pod。

Ingress Controller：

作用：Ingress Controller 是 Kubernetes 中的一个控制器，用于管理和配置入站网络流量的路由规则。它通过与 Kubernetes 的 Ingress 资源结合使用，为集群中的服务提供外部访问。Ingress Controller 通过定义 Ingress 资源来实现对外的流量路由和负载均衡。
特点：Ingress Controller 支持基于域名的虚拟主机路由和基于 URL 路径的路由，可以配置 HTTPS 连接和终端，并且支持灵活的配置和自动化部署。

对比：

使用场景：Service 用于暴露服务给集群内部，LoadBalancer 用于将服务暴露给外部网络，并且可以实现负载均衡，而 Ingress Controller 则用于在集群内部配置和管理入站网络流量的路由规则。
功能特点：Service 提供基本的服务暴露功能，LoadBalancer 提供外部负载均衡功能，而 Ingress Controller 则提供了更灵活的路由和流量控制功能。
关系：Ingress Controller 通常与 Service 配合使用，通过定义 Ingress 资源来实现流量的路由和负载均衡。在一些场景下，Ingress Controller 可以与 LoadBalancer 类型的 Service 配合使用，以实现更复杂的流量控制和管理。

三、Ingress资源对象

1、Ingress资源的定义

Ingress 资源是 Kubernetes 中用于配置入站网络流量的路由规则的对象。通过定义 Ingress 资源，你可以指定流量的路由规则，例如将流量路由到不同的服务、根据域名进行虚拟主机路由、配置 TLS 终端等。

以下是一个简单的 Ingress 资源定义示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: example-ingress
spec:rules:- host: example.comhttp:paths:- path: /app1pathType: Prefixbackend:service:name: app1-serviceport:number: 80- path: /app2pathType: Prefixbackend:service:name: app2-serviceport:number: 80tls:- hosts:- example.comsecretName: example-tls-secret

在这个示例中：

metadata.name 指定了 Ingress 资源的名称。
spec.rules 定义了路由规则，指定了根据域名进行虚拟主机路由。对于域名 example.com，将流量路由到两个不同的服务 app1-service 和 app2-service，分别是 /app1 和 /app2 的路径。
spec.tls 定义了 TLS 终端配置，指定了要为哪个域名配置 TLS，并且指定了 TLS 证书的密钥对的名称。

我们可以根据需要在 Ingress 资源中定义更多的路由规则、TLS 终端配置等，以满足实际需求。在创建完成 Ingress 资源后，Ingress Controller 将会根据定义的规则来管理和配置入站网络流量。

2、Ingress规则详解

Ingress 规则用于定义入站流量的路由规则，它包含了域名、路径、后端服务等信息，以指导 Ingress Controller 如何将流量路由到集群中的服务。

下面详细解释一下 Ingress 规则的各个部分：

1. 主机规则（Host Rule）：

spec:rules:- host: example.com

host 字段指定了主机名，用于基于域名进行虚拟主机路由。只有满足指定主机名的请求才会匹配这个规则。

2. 路径规则（Path Rule）：

    - http:paths:- path: /app1backend:service:name: app1-serviceport:number: 80

http.paths 定义了基于 URL 路径的路由规则。每个 path 字段指定了一个路径前缀，并且指定了与该路径匹配的后端服务。

3. 路径类型（Path Type）：

            pathType: Prefix

pathType 字段指定了路径的类型，常见的取值有 Prefix 和 Exact。
Prefix 表示路径前缀匹配，即请求的路径以指定的路径前缀开头时匹配规则。
Exact 表示路径完全匹配，即请求的路径与指定的路径完全相同时匹配规则。

4. 后端服务（Backend Service）：

            backend:service:name: app1-serviceport:number: 80

backend.service.name 指定了后端服务的名称，即将请求转发到哪个 Kubernetes Service。
backend.service.port.number 指定了后端服务的端口号，即将请求转发到后端服务的哪个端口。

5. TLS 终端（TLS Termination）：

  tls:- hosts:- example.comsecretName: example-tls-secret

tls 字段用于配置 TLS 终端，指定了要为哪些域名配置 TLS，并且指定了 TLS 证书的密钥对的名称（存储在 Kubernetes Secret 中）。

3、Ingress注解的使用

Ingress 注解是用于在 Ingress 资源中定义额外配置和元数据的方式。它们允许你为特定的 Ingress 路由规则提供额外的配置选项，例如负载均衡算法、TLS 配置、缓存设置等。

下面是一些常见的 Ingress 注解以及它们的用法：

1. nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target：

作用：重写 URL 路径，用于将请求重定向到不同的路径。

示例：

annotations:nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /$1

2. nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect：

作用：强制将 HTTP 请求重定向到 HTTPS。

示例：

annotations:nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"

3. nginx.ingress.kubernetes.io/backend-protocol：

作用：指定后端服务的通信协议。

示例：

annotations:nginx.ingress.kubernetes.io/backend-protocol: "HTTPS"

4. nginx.ingress.kubernetes.io/affinity：

作用：设置会话粘滞性。

示例：

annotations:nginx.ingress.kubernetes.io/affinity: "cookie"

5. nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout 和 nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout：

作用：配置代理连接和读取超时时间。

示例：

annotations:nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: "10s"nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "20s"

6. nginx.ingress.kubernetes.io/enable-cors：

作用：启用 CORS (跨域资源共享) 支持。

示例：

annotations:nginx.ingress.kubernetes.io/enable-cors: "true"

7. nginx.ingress.kubernetes.io/whitelist-source-range：

作用：配置 IP 白名单，只允许特定的 IP 地址范围访问。

示例：

annotations:nginx.ingress.kubernetes.io/whitelist-source-range: "192.168.1.0/24,10.0.0.0/16"

8. kubernetes.io/ingress.class：

作用：指定使用哪个 Ingress Controller 处理该 Ingress 资源。

示例：

annotations:kubernetes.io/ingress.class: "nginx"

9. cert-manager.io/cluster-issuer：

作用：配置证书颁发器（issuer），用于自动管理 TLS 证书。

示例：

annotations:cert-manager.io/cluster-issuer: "letsencrypt-prod"

通过使用这些 Ingress 注解，可以定制化和增强 Ingress 资源的功能，以满足不同场景下的需求，如安全性、性能、可用性等。

💕💕💕每一次的分享都是一次成长的旅程，感谢您的陪伴和关注。希望这些关于Kubernetes的文章能陪伴您走过技术的一段旅程，共同见证成长和进步！😺😺😺

🧨🧨🧨让我们一起在技术的海洋中探索前行，共同书写美好的未来！！！