【kubernetes】k8s对外服务之Ingress

一、Ingress介绍

1、Ingress的简介

K8S集群外部的客户端访问K8S集群内部的方案

基于Service实现：NodePort、LoadBalancer、externalIPs 只能支持四层代理转发，如果K8S集群规模较大运行的业务服务较多，NodePort端口/externalIPs管理成本会很高

●NodePort：将service暴露在节点网络上，NodePort背后就是Kube-Proxy，Kube-Proxy是沟通service网络、Pod网络和节点网络的桥梁。
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的端口管理就是个灾难。因为每个端口只能是一种服务，默认端口范围只能是 30000-32767。

●LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发，注意此模式需要外部云环境支持。借助第三方的云负载均衡器，将请求分发到所有的Node上，其底层还是NodePort。
LoadBalancer和NodePort很相似，目的都是向外部暴露一个端口，区别在于LoadBalancer会在集群的外部再来做一个负载均衡设备，而这个设备需要外部环境支持的，外部服务发送到这个设备上的请求，会被设备负载之后转发到集群中。

**●externalIPs：service允许为其分配外部IP，如果外部IP路由到集群中一个或多个Node上，Service会被暴露给这些externalIPs。通过外部IP进入到集群的流量，将会被路由到Service的Endpoint上。 **

基于Ingress实现：支持七层代理转发，可自定义规则根据用户请求的域名或URL路径转发给指定的Service端点实现Pod的代理访问

2、Ingress 的组成

ingress

ingress是一个API对象，通过yaml文件来配置，ingress对象的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通过http或https暴露集群内部service，给service提供外部URL、负载均衡、SSL/TLS能力以及基于域名的反向代理。ingress要依靠 ingress-controller 来具体实现以上功能。

ingress-controller

ingress-controller是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。
ingress-controller并不是k8s自带的组件，实际上ingress-controller只是一个统称，用户可以选择不同的ingress-controller实现，目前，由k8s维护的ingress-controller只有google云的GCE与ingress-nginx两个，其他还有很多第三方维护的ingress-controller，具体可以参考官方文档。但是不管哪一种ingress-controller，实现的机制都大同小异，只是在具体配置上有差异。

一般来说，ingress-controller的形式都是一个pod，里面跑着daemon程序和反向代理程序。daemon负责不断监控集群的变化，根据 ingress对象生成配置并应用新配置到反向代理，比如ingress-nginx就是动态生成nginx配置，动态更新upstream，并在需要的时候reload程序应用新配置。

总结：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URL要转发到哪些service等等。

3、Ingress-Nginx的工作原理

（1）ingress-controller通过和 kubernetes APIServer 交互，动态的去感知集群中ingress规则变化，
（2）然后读取它，按照自定义的规则，规则就是写明了哪个域名对应哪个service，生成一段nginx配置，
（3）再写到nginx-ingress-controller的pod里，这个ingress-controller的pod里运行着一个Nginx服务，控制器会把生成的 nginx配置写入 /etc/nginx.conf文件中，
（4）然后reload一下使配置生效。以此达到域名区分配置和动态更新的作用。

4、部署ingress-controller Pod及相关资源

mkdir /opt/ingress
cd /opt/ingress

官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

上面可能无法下载，可用国内的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

修改镜像地址为：
image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/nginx-ingress-controller:v1.3.0@sha256:d1707ca76d3b044ab8a28277a2466a02100ee9f58a86af1535a3edf9323ea1b5

image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-webhook-certgen:v1.1.1@sha256:64d8c73dca984af206adf9d6d7e46aa550362b1d7a01f3a0a91b20cc67868660

二、Ingress的暴露方式

方式一：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector

用DaemonSet结合nodeselector来部署ingress-controller到特定的node上，然后使用HostNetwork直接把该pod与宿主机node的网络打通，直接使用宿主机的80/443端口就能访问服务。这时，ingress-controller所在的node机器就很类似传统架构的边缘节点，比如机房入口的nginx服务器。该方式整个请求链路最简单，性能相对NodePort模式更好。缺点是由于直接利用宿主机节点的网络和端口，一个node只能部署一个ingress-controller pod。 比较适合大并发的生产环境使用。

**修改 Deployment 为 DaemonSet ，指定节点运行，并开启 hostNetwork 网络 **

vim deploy.yaml
...
apiVersion: apps/v1
# 修改 kind
#kind: Deployment
kind: DaemonSet
......
spec:
  ......
  template:
    ......
    spec:
      # 使用宿主机网络
      hostNetwork: true
      # 修改选择节点选择器
      nodeSelector:
        ingress: "true"
......

创建service资源

创建Ingress规则

**根据ip地址规则实现访问 **

根据域名规则进行访问

方式二：Deployment+LoadBalancer 模式的 Service

如果要把ingress部署在公有云，那用这种方式比较合适。用Deployment部署ingress-controller，创建一个 type为 LoadBalancer 的 service 关联这组 pod。大部分公有云，都会为 LoadBalancer 的 service 自动创建一个负载均衡器，通常还绑定了公网地址。 只要把域名解析指向该地址，就实现了集群服务的对外暴露

方式三：Deployment+NodePort模式的Service

同样用deployment模式部署ingress-controller，并创建对应的service，但是type为NodePort。这样，ingress就会暴露在集群节点ip的特定端口上。由于nodeport暴露的端口是随机端口，一般会在前面再搭建一套负载均衡器来转发请求。该方式一般用于宿主机是相对固定的环境ip地址不变的场景。
NodePort方式暴露ingress虽然简单方便，但是NodePort多了一层NAT，在请求量级很大时可能对性能会有一定影响。

1、下载 nginx-ingress-controller 配置文件

mkdir /opt/ingress-nodeport
cd /opt/ingress-nodeport

官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

上面可能无法下载，可用国内的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

修改镜像地址为：
image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/nginx-ingress-controller:v1.3.0@sha256:d1707ca76d3b044ab8a28277a2466a02100ee9f58a86af1535a3edf9323ea1b5

image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-webhook-certgen:v1.1.1@sha256:64d8c73dca984af206adf9d6d7e46aa550362b1d7a01f3a0a91b20cc67868660

2、修改配置文件

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/component: controller
    app.kubernetes.io/instance: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/version: 1.3.0
  name: ingress-nginx-controller
  namespace: ingress-nginx
spec:
  #externalTrafficPolicy: Local      #注释此行，值为Cluster表示流量可以转发到其他节点上的Pod；Local表示：流量只发给本机的Pod
  ports:
  ......
  type: NodePort     #Service类型设置为 NodePort 或 LoadBalancer

3、启动 nginx-ingress-controller

kubectl apply -f deploy.yaml

kubectl get pod,svc -n ingress-nginx
NAME                                            READY   STATUS      RESTARTS   AGE
pod/ingress-nginx-admission-create-vvxjr        0/1     Completed   0          37m
pod/ingress-nginx-admission-patch-9gmdd         0/1     Completed   0          37m
pod/ingress-nginx-controller-575585684c-9qbwp   1/1     Running     0          29m

NAME                                         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
service/ingress-nginx-controller             NodePort    10.96.3.13      <none>        80:32338/TCP,443:30008/TCP   37m
service/ingress-nginx-controller-admission   ClusterIP   10.96.175.162   <none>        443/TCP                      37m

Ingress HTTP 代理访问

cd /opt/ingress-nodeport

#创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源
vim ingress-nginx.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-app
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-test
spec:
  ingressClassName: "nginx"
  rules:
  - host: www.benet.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service: 
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80
    

kubectl apply -f ingress-nginx.yaml

kubectl get svc,pods -o wide
NAME                 TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP   8h    <none>
service/nginx-svc    ClusterIP   10.96.212.214   <none>        80/TCP    65s   name=nginx

NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod/nginx-app-65d7b99f6b-l4g65   1/1     Running   0          65s   10.244.1.8   node01   <none>           <none>
pod/nginx-app-65d7b99f6b-zcqgp   1/1     Running   0          65s   10.244.2.8   node02   <none>           <none>

kubectl exec -it pod/nginx-app-65d7b99f6b-l4g65 bash
 # cd /usr/share/nginx/html/
 # echo 'this is web1' >> index.html 

kubectl exec -it pod/nginx-app-65d7b99f6b-zcqgp bash
 # cd /usr/share/nginx/html/
 # echo 'this is web2' >> index.html