详解K8S入口Ingerss

1 缘起

学习K8S的过程中，先学习使用，了解K8S正常工作需要哪些模块，
然后，学习各个模块，
之前，学习了K8S的Pod、Service，完成K8S内部服务部署和访问，
当需要将服务暴露给外部（K8S之外的机器集群）调用时，需要设计一个路由分发的组件，
匹配不同的Service，Ingerss即完成该工作的模块，官方文档，
本文围绕Ingress展开，
帮助读者了解和学习Ingerss的设计。
回顾知识：Pod和Service的相关文档如下：
详解K8S的Pod
详解K8S网络模型（包含Service讲解）

2 Ingress

2.1 相关术语

序号	术语	描述
1	节点（Node）	Kubernetes集群中的某台工作的机器
2	集群（Cluster）	由Kubernetes管理运行容器应用的一组节点
3	边缘路由器（Edge router）	强制防火墙策略的集群路由器，可以是由云服务商或者物理机提供的网关
4	集群网络（Cluster network）	根据Kubernetes网络模型，一组逻辑或物理链路，帮助集群内通信
5	服务（Service）	使用标签选择器识别一组Pod的Kubernetes服务。除非另外说明，否则假定服务只有虚拟IP才能在集群网络中路由

2.2 是什么

Ingress是集群中管理外部接入Service的接口（API）对象。
Ingress可提供负载均衡、SSL终端和基于名称虚拟主机等功能。
Ingress将外部集群的HTTP和HTTPS暴露给集群内部的Service，示意图如下图所示，
由图可知，Ingress将集群外部的请求通过路由规则（routing rule）转发给Servcie，
然后由Service匹配到最终的Pod。

在这里插入图片描述

Ingress将外部集群的HTTP和HTTPS暴露给集群内部的Service，示意图如下图所示。
Ingress可以通过配置为Service提供可访问的URL，流量负载均衡，终端SSL/TLS以及基于名称的的虚拟主机。
Ingress控制器提供入口功能，通常使用负载均衡器，也可以通过配置边缘路由器或其他前端辅助处理流量。
Ingress不会暴露任何端口或协议。向Internet暴露HTTP和HTTPS以外的服务通常使用service的Type：如NodePort或LoadBalancer。

2.3 配置Ingress

Ingress需要apiVersion、kind、metadata和spec属性。Ingress对象的名称必须是有效的DNS子域名。
Ingress经常使用注解配置Ingress控制器的依赖，如rewrite-target注解。不同的Ingress控制器支持不同的注解。Ingress属性spec拥有配置负载均衡或代理服务的所有信息。最重要地是包含请求的规则匹配列表。Ingress资源仅支持定向的HTTP(s)流量路由。
如果省略ingressClassname，需要定义默认的Ingress类。
Ingress配置最小单元如下：

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

2.4 Ingress规则

每个HTTP规则包含如下信息：

可选主机。当前例子中没有配置host，因此规则适用于通过指定IP地址入站的所有HTTP流量。如果配置host，规则适用于配置的host，如foo.bar.com。
路径列表。路径关联后台服务，这些服务通过servcie.name、service.port.name或者service.port.number定义。host和path必须在负载均衡定向流量到Service前匹配请求内容，以分发流量到Service。
后台服务是Service和端口名称的组合。HTTP（或HTTPS）请求到Ingress后，会将请求发送到与host和path匹配的后台服务中。
Ingress控制器中通常配置默认的后台来服务没有匹配到path的请求。

2.5 默认后端

没有配置规则的Ingress将所有流量发送到某个默认的后端，.spec.defaultBackend即处理请求的后端。defaultBackend通常是Ingress控制的可选属性，Ingress资源中并未指定。如果没有指定的.spec.rules，则必须指定.spec.defaultBackend。如果没有配置defaultBackend，不符合任何规则的请求的处理由Ingress控制器决定。
Ingress对象中没有host和path与HTTP请求相匹配，流量会被路由到默认后端。

2.6 资源后端

资源后端是对象引用到另一个Kubernetes资源中有相同命名空间的Ingress对象。
资源与服务是互斥的，如果两者同时指定，会导致验证失败。资源后端通用场景是使用静态资产将数据输入到对象存储后端。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-resource-backend
spec:
  defaultBackend:
    resource:
      apiGroup: k8s.example.com
      kind: StorageBucket
      name: static-assets
  rules:
    - http:
        paths:
          - path: /icons
            pathType: ImplementationSpecific
            backend:
              resource:
                apiGroup: k8s.example.com
                kind: StorageBucket
                name: icon-assets

查看Ingress

kubectl describe ingress ingress-resource-backend

结果

Name:             ingress-resource-backend
Namespace:        default
Address:
Default backend:  APIGroup: k8s.example.com, Kind: StorageBucket, Name: static-assets
Rules:
  Host        Path  Backends
  ----        ----  --------
  *
              /icons   APIGroup: k8s.example.com, Kind: StorageBucket, Name: icon-assets
Annotations:  <none>
Events:       <none>

2.8 路径类型

Ingress中的每个路径需要有对应的路径类型。路径不包括具体的pathType会校验失败。
支持的三种路径类型：

ImplementationSpecific：该路径类型的匹配取决于IngressClass。实现可将其视为单独的pathType，亦可以等同于Exact或Prefix路径类型。
Exact：精确匹配URL并且区分大小写（大小写敏感）。
Prefix：基于以/分割的URL路径前缀匹配。匹配区分大小写，并以路径元素为基础进行。路径元素指由/分隔符分割的路径中的标签列表。

匹配样例：

序号	路径类型	路径	请求路径	是否配置
1	Prefix	/	所有路径	匹配，即只有一个/分隔符匹配所有路径
2	Prefix	/foo	/foo或/foo/	匹配
3	Prefix	/aaa/bb	/aaa/bbb或/aaa/bbxyz	不匹配
4	Prefix	/aaa/bbb	/aaa/bbb或/aaa/bbb/	匹配
5	Prefix	/,/aaa	/aaa/ccc	匹配，通过/aaa匹配，因为ccc已经使用/分隔了
6	Exact	/foo	/foo	匹配
7	Exact	/foo	/foo/	不匹配
8	Exact	/foo/	/foo	不匹配
9	Exact	/foo	/bar	不匹配
10	Mixed	/foo(Prefix),/foo(Exact)	/foo	匹配

2.9 主机名通配符

主机可以精确匹配（如foo.bar.com）或通配符匹配（如*.foo.com）。精确匹配需要HTTP主机头匹配主机属性。通配符匹配需要HTTP主机头与通配符规则的后缀相同。
匹配样例：

主机	主机头	是否配置
*.foo.com	bar.foo.com	匹配，后缀相同
*.foo.com	baz.bar.foo.com	不匹配，通配符只覆盖单个DNS标签
*.foo.com	foo.com	不匹配，通配符只覆盖单个DNS标签

配置样例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-wildcard-host
spec:
  rules:
  - host: "foo.bar.com"
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/bar"
        backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 80
  - host: "*.foo.com"
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/foo"
        backend:
          service:
            name: service2
            port:
              number: 80

2.10 Ingress类

Ingress可以通过不同的控制器实现，配置通常也不相同。
每个Ingress应该指定一个类，引用IngressClass的资源配置包括控制器名称（应该实现的类）。
IngressClass配置样例，
IngressClass的属性.spec.parameters允许引用另一个资源，为IngressClass提供相关的配置。
指定的参数类型的使用依赖于Ingress控制器，即指定的.spec.controller。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: IngressClass
metadata:
  name: external-lb
spec:
  controller: example.com/ingress-controller
  parameters:
    apiGroup: k8s.example.com
    kind: IngressParameters
    name: external-lb

2.10.1 IngressClass作用域

IngressClass作用域依赖于Ingress控制器，可以使用参数配置为集群范围（cluster-wide）或者只配置一个命名空间。

2.10.1.1 集群（Cluster）

IngressClass参数的默认属性为集群范围（cluster-wide）。
如果配置.spec.paramters属性时没有设置.spec.paramters.scope，或者配置.spec.parameters.scope为Cluster，IngressClass指向集群范围的资源。kind参数指向集群范围的API（组合apiGroup），name参数标识该API的特定集群资源。
配置样例：

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: IngressClass
metadata:
  name: external-lb-1
spec:
  controller: example.com/ingress-controller
  parameters:
    # The parameters for this IngressClass are specified in a
    # ClusterIngressParameter (API group k8s.example.net) named
    # "external-config-1". This definition tells Kubernetes to
    # look for a cluster-scoped parameter resource.
    scope: Cluster
    apiGroup: k8s.example.net
    kind: ClusterIngressParameter
    name: external-config-1

2.10.1.2 命名空间（Namespace）

如果配置.spec.paramters属性时，将.spec.parameters.scope设定为Namespace，IngressClass指向命名空间资源。必须设置.spece.parameters的namespace属性来指定需要使用的命名空间。
kind参数（组合apiGroup）指向命名空间API（如ConfigMap），name参数标识指定命名空间的资源。
命名空间参数有助于集群操作员通过用于工作负载的配置代理控制（如负载均衡配置、API网关定义）。

配置样例：

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: IngressClass
metadata:
  name: external-lb-2
spec:
  controller: example.com/ingress-controller
  parameters:
    # The parameters for this IngressClass are specified in an
    # IngressParameter (API group k8s.example.com) named "external-config",
    # that's in the "external-configuration" namespace.
    scope: Namespace
    apiGroup: k8s.example.com
    kind: IngressParameter
    namespace: external-configuration
    name: external-config

2.10.1.3 默认IngressClass

可以为集群指定一个特定的默认IngressClass。在IngressClass资源中将ingressclass.kubernetes.io/is-default-class注解设置为true，可保证在不指定ingressClassName时使用默认的IngressClass。

2.11 Ingress类型

2.11.1 Ingress由单一服务支持

现存的Kubernetes概念允许暴露单个服务，Ingress可以通过无规则的默认后端实现。
配置样例如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: test-ingress
spec:
  defaultBackend:
    service:
      name: test
      port:
        number: 80

2.11.2 简单扇出

扇出配置将流量从一个IP地址路由到多个Service，基于HTTP URI请求，
示意图如下图所示。
在这里插入图片描述
配置样例如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: simple-fanout-example
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - path: /foo
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 4200
      - path: /bar
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: service2
            port:
              number: 8080

2.11.3 基于名称的虚拟主机

基于名称的虚拟主机在相同的IP地址支持路由HTTP流量到多个主机名称，
示意图如下图所示。

在这里插入图片描述
配置样例如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: name-virtual-host-ingress
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/"
        backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 80
  - host: bar.foo.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/"
        backend:
          service:
            name: service2
            port:
              number: 80

当创建Ingress资源时没有定义主机规则，
可以匹配进入到Ingress控制器IP地址的任何web流量，无需基于名称的虚拟主机。
比如，Ingress将请求first.bar.com的流量路由到service1，second.bar.com路由到service2，
不匹配first.bar.com和second.bar.com的流量路由到service3。
配置样例如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: name-virtual-host-ingress-no-third-host
spec:
  rules:
  - host: first.bar.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/"
        backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 80
  - host: second.bar.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/"
        backend:
          service:
            name: service2
            port:
              number: 80
  - http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/"
        backend:
          service:
            name: service3
            port:
              number: 80

2.12 TLS

通过指定包含TLS私有密钥和认证的Secret加密Ingress。
Ingress资源仅支持单个TLS端口：443，并假定TLS在入口点终止（到服务及Pods的流量为明文）。
Ingress的TLS配置指定不同的主机，通过SNI TLS扩展指定的主机名在同一端口多路复用（前提是Ingress控制器支持SNI）。TLS密钥必须包含的键名：tls.crt和tls.key，用于指定TLS认证和私有密钥。
配置样例如下：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: testsecret-tls
  namespace: default
data:
  tls.crt: base64 encoded cert
  tls.key: base64 encoded key
type: kubernetes.io/tls

配置密钥后，Ingress需要引用配置的密钥，Ingress配置样例如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: tls-example-ingress
spec:
  tls:
  - hosts:
      - https-example.foo.com
    secretName: testsecret-tls
  rules:
  - host: https-example.foo.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 80

2.13 负载均衡

Ingress控制器启动时会加载负载均衡策略配置应用到所有Ingress，比如负载均衡算法、后端权重方案等。
高级的负载均衡概念Ingress尚未公开（如持久会话、动态权重）。

2.14 更新Ingress

将新的主机添加到Ingress，可以通过编辑资源更新：

# 查看ingerss
kubectl describe ingress test

Name:             test
Namespace:        default
Address:          178.91.123.132
Default backend:  default-http-backend:80 (10.8.2.3:8080)
Rules:
  Host         Path  Backends
  ----         ----  --------
  foo.bar.com
               /foo   service1:80 (10.8.0.90:80)
Annotations:
  nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target:  /
Events:
  Type     Reason  Age                From                     Message
  ----     ------  ----               ----                     -------
  Normal   ADD     35s                loadbalancer-controller  default/test

修改Ingress

# 编辑ingress
kubectl edit ingress test

添加service2

spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 80
        path: /foo
        pathType: Prefix
  - host: bar.baz.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: service2
            port:
              number: 80
        path: /foo
        pathType: Prefix

更新并保存文档，再查看Ingress：

kubectl describe ingress test

完成服务添加，结果如下：

Name:             test
Namespace:        default
Address:          178.91.123.132
Default backend:  default-http-backend:80 (10.8.2.3:8080)
Rules:
  Host         Path  Backends
  ----         ----  --------
  foo.bar.com
               /foo   service1:80 (10.8.0.90:80)
  bar.baz.com
               /foo   service2:80 (10.8.0.91:80)
Annotations:
  nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target:  /
Events:
  Type     Reason  Age                From                     Message
  ----     ------  ----               ----                     -------
  Normal   ADD     45s                loadbalancer-controller  default/test

3 小结

（1）Ingress是集群中管理外部接入Service的接口（API）对象。
（2）Ingress可提供负载均衡、SSL终端和基于名称虚拟主机等功能。
（3）Ingress中的每个路径需要有对应的路径类型。支持的三种路径类型：ImplementationSpecific、Exact和Prefix。
（4）Ingress可路由一个或多个Service，并且可动态更新Service路由关系。通过kubectl edit ingress ingress-name。