【云原生】K8S对外服务之Ingress

一、Ingress 简介
- 1.1Ingress 组成
- 1.3Ingress-Nginx 工作原理
二、部署 nginx-ingress-controller
- 2.1部署ingress-controller Pod及相关资源
- 2.2ingress 暴露服务的方式
- 2.3 采用方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector
三、采用方式二：Deployment+NodePort模式的Service
- 3.1、下载 nginx-ingress-controller 配置文件
- 3.2、修改配置文件
- 3.3、启动 nginx-ingress-controller
- 3.4Ingress HTTP 代理访问
- 3.5测试访问

一、Ingress 简介

service的作用体现在两个方面，对集群内部，它不断跟踪pod的变化，更新endpoint中对应pod的对象，提供了ip不断变化的pod的服务发现机制；对集群外部，他类似负载均衡器，可以在集群内外部对pod进行访问。
在Kubernetes中，Pod的IP地址和service的ClusterIP仅可以在集群网络内部使用，对于集群外的应用是不可见的。为了使外部的应用能够访问集群内的服务，Kubernetes目前提供了以下几种方案：

●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：通过设置LoadBalancer映射到云服务商提供的LoadBalancer地址。这种用法仅用于在公有云服务提供商的云平台上设置 Service 的场景。受限于云平台，且通常在云平台部署LoadBalancer还需要额外的费用。
在service提交后，Kubernetes就会调用CloudProvider在公有云上为你创建一个负载均衡服务，并且把被代理的Pod的IP地址配置给负载均衡服务做后端。

●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。

●Ingress：只需一个或者少量的公网IP和LB，即可同时将多个HTTP服务暴露到外网，七层反向代理。
可以简单理解为service的service，它其实就是一组基于域名和URL路径，把用户的请求转发到一个或多个service的规则。

1.1Ingress 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-controlle：

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。为了方便，后面的例子都以k8s官方维护的ingress-nginx为例。

Ingress-Nginx github 地址：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx
Ingress-Nginx 官方网站：https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/

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。

1.3Ingress-Nginx 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。

二、部署 nginx-ingress-controller

2.1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

2.2ingress 暴露服务的方式

●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80/433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。

●方式二：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。

●方式一：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

2.3 采用方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector

1.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"
......

在这里插入图片描述

2.启动 nginx-ingress-controller

kubectl apply -f deploy.yaml

//nginx-ingress-controller 已经运行 node02 节点
kubectl get pod -n ingress-nginx -owide
NAME                                        READY   STATUS      RESTARTS   AGE   IP              NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
ingress-nginx-admission-create-vvxjr        0/1     Completed   0          19m   10.244.1.24     node01   <none>           <none>
ingress-nginx-admission-patch-9gmdd         0/1     Completed   0          19m   10.244.1.25     node01   <none>           <none>
ingress-nginx-controller-575585684c-9qbwp   1/1     Running     0          10m   192.168.80.30   node02   <none>           <none>

kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME                                 TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
ingress-nginx-controller             NodePort    10.96.3.13      <none>        80:32338/TCP,443:30008/TCP   19m
ingress-nginx-controller-admission   ClusterIP   10.96.175.162   <none>        443/TCP                      19m


//到 node02 节点查看
netstat -lntp | grep nginx
tcp        0      0 0.0.0.0:80              0.0.0.0:*               LISTEN      68911/nginx: master 
tcp        0      0 0.0.0.0:8181            0.0.0.0:*               LISTEN      68911/nginx: master 
tcp        0      0 0.0.0.0:443             0.0.0.0:*               LISTEN      68911/nginx: master 
......

由于配置了 hostnetwork，nginx 已经在 node 主机本地监听 80/443/8181 端口。其中 8181 是 nginx-controller 默认配置的一个 default backend（Ingress 资源没有匹配的 rule 对象时，流量就会被导向这个 default backend）。
这样，只要访问 node 主机有公网 IP，就可以直接映射域名来对外网暴露服务了。如果要 nginx 高可用的话，可以在多个 node 上部署，并在前面再搭建一套 LVS+keepalived 做负载均衡。

在这里插入图片描述

3、创建 ingress 规则

//创建一个 deploy 和 svc
vim service-nginx.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-app
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-app-svc
spec:
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx


//创建 ingress
kubectl get ingressclasses
NAME    CONTROLLER             PARAMETERS   AGE
nginx   k8s.io/ingress-nginx   <none>       22m

vim ingress-app.yaml	  
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-app-ingress
spec:
  ingressClassName: "nginx"
  rules:
  - host: www.kgc.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-app-svc
            port:
              number: 80

ingressClassName 指定 IngressClass，用来指定选择的 Ingress Controller
host 主机名可以是精确匹配，或者使用通配符来匹配，但通配符仅覆盖一个 DNS 标签（例如 *.foo.com 不匹配 baz.bar.foo.com）。

pathType 支持的路径类型有三种

●Exact：精确匹配 URL 路径，且区分大小写。

●Prefix：基于以 / 分隔的 URL 路径前缀匹配。匹配区分大小写。如果路径的最后一个元素是请求路径中最后一个元素的子字符串，则不会匹配（例如：/foo/bar 匹配 /foo/bar/baz, 但不匹配 /foo/barbaz）。

●ImplementationSpecific：对于这种路径类型，匹配方法取决于 IngressClass。具体实现可以将其作为单独的 pathType 处理或者与 Prefix 或 Exact 类型作相同处理。
具体可详见：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/ingress/#the-ingress-resource

在这里插入图片描述

4、测试访问

//本地 host 添加域名解析
vim /etc/hosts
192.168.80.10 master
192.168.80.11 node01
192.168.80.12 node02
192.168.80.12 www.ddd.com

curl http://www.kgc.com

#查看 nginx-ingress-controller
kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-ingress-controller-99h72   1/1     Running   0          93s   192.168.80.15   node02   <none>           <none>

kubectl exec -it nginx-ingress-controller-99h72 -n ingress-nginx /bin/bash
 # more /etc/nginx/nginx.conf
//可以看到从 start server www.kgc.com 到 end server www.kgc.com 之间包含了此域名用于反向代理的配置

在这里插入图片描述

三、采用方式二：Deployment+NodePort模式的Service

3.1、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

3.2、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

3.3、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

3.4Ingress HTTP 代理访问

d /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

3.5测试访问

curl 10.96.212.214

kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME            TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
ingress-nginx   NodePort   10.96.67.119   <none>        80:32383/TCP,443:32133/TCP   59m

#本地 host 添加域名解析
vim /etc/hosts
192.168.80.10 master
192.168.80.11 node01
192.168.80.12 node02
192.168.80.12 www.kgc.com www.benet.com

#外部访问
curl http://www.benet.com:32383


//Ingress HTTP 代理访问虚拟主机
mkdir /opt/ingress-nodeport/vhost
cd /opt/ingress-nodeport/vhost