# Ingress解析

Ingress 是从Kubernetes集群外部访问集群内部服务的入口，这篇文章部分译自Kubernetes官方文档[Ingress Resource](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/)，后面的章节会讲到使用[Traefik](https://github.com/containous/traefik)来做Ingress controller，文章末尾给出了几个相关链接。

**术语**

在本篇文章中你将会看到一些在其他地方被交叉使用的术语，为了防止产生歧义，我们首先来澄清下。

- 节点：Kubernetes集群中的一台物理机或者虚拟机。
- 集群：位于Internet防火墙后的节点，这是kubernetes管理的主要计算资源。
- 边界路由器：为集群强制执行防火墙策略的路由器。 这可能是由云提供商或物理硬件管理的网关。
- 集群网络：一组逻辑或物理链接，可根据Kubernetes[网络模型](https://kubernetes.io/docs/admin/networking/)实现群集内的通信。 集群网络的实现包括Overlay模型的 [flannel](https://github.com/coreos/flannel#flannel) 和基于SDN的OVS。
- 服务：使用标签选择器标识一组pod成为的Kubernetes[服务](https://kubernetes.io/docs/user-guide/services/)。 除非另有说明，否则服务假定在集群网络内仅可通过虚拟IP访问。

## 什么是Ingress？

通常情况下，service和pod仅可在集群内部网络中通过IP地址访问。所有到达边界路由器的流量或被丢弃或被转发到其他地方。从概念上讲，可能像下面这样：

```
    internet
        |
  ------------
  [ Services ]
```

Ingress是授权入站连接到达集群服务的规则集合。

```
    internet
        |
   [ Ingress ]
   --|-----|--
   [ Services ]
```

你可以给Ingress配置提供外部可访问的URL、负载均衡、SSL、基于名称的虚拟主机等。用户通过POST Ingress资源到API server的方式来请求ingress。 [Ingress controller](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/#ingress-controllers)负责实现Ingress，通常使用负载平衡器，它还可以配置边界路由和其他前端，这有助于以HA方式处理流量。

## 先决条件

在使用Ingress resource之前，有必要先了解下面几件事情。Ingress是beta版本的resource，在kubernetes1.1之前还没有。你需要一个`Ingress Controller`来实现`Ingress`，单纯的创建一个`Ingress`没有任何意义。

GCE/GKE会在master节点上部署一个ingress controller。你可以在一个pod中部署任意个自定义的ingress controller。你必须正确地annotate每个ingress，比如 [运行多个ingress controller](https://git.k8s.io/ingress#running-multiple-ingress-controllers) 和 [关闭glbc](https://git.k8s.io/ingress-gce/BETA_LIMITATIONS.md#disabling-glbc).

确定你已经阅读了Ingress controller的[beta版本限制](https://github.com/kubernetes/ingress-gce/blob/master/BETA_LIMITATIONS.md#glbc-beta-limitations)。在非GCE/GKE的环境中，你需要在pod中[部署一个controller](https://git.k8s.io/ingress-nginx/README.md)。

## Ingress Resource

最简化的Ingress配置：

```yaml
1: apiVersion: extensions/v1beta1
2: kind: Ingress
3: metadata:
4:   name: test-ingress
5: spec:
6:   rules:
7:   - http:
8:       paths:
9:       - path: /testpath
10:        backend:
11:           serviceName: test
12:           servicePort: 80
```

*如果你没有配置Ingress controller就将其POST到API server不会有任何用处*

**配置说明**

**1-4行**：跟Kubernetes的其他配置一样，ingress的配置也需要`apiVersion`，`kind`和`metadata`字段。配置文件的详细说明请查看[部署应用](https://kubernetes.io/docs/user-guide/deploying-applications), [配置容器](https://kubernetes.io/docs/user-guide/configuring-containers)和使用resources。

**5-7行**: Ingress spec 中包含配置一个loadbalancer或proxy server的所有信息。最重要的是，它包含了一个匹配所有入站请求的规则列表。目前ingress只支持http规则。

**8-9行**：每条http规则包含以下信息：一个`host`配置项（比如for.bar.com，在这个例子中默认是*），`path`列表（比如：/testpath），每个path都关联一个`backend`(比如test:80)。在loadbalancer将流量转发到backend之前，所有的入站请求都要先匹配host和path。

**10-12行**：正如 [services doc](https://kubernetes.io/docs/user-guide/services)中描述的那样，backend是一个`service:port`的组合。Ingress的流量被转发到它所匹配的backend。

**全局参数**：为了简单起见，Ingress示例中没有全局参数，请参阅资源完整定义的[api参考](https://releases.k8s.io/master/staging/src/k8s.io/api/extensions/v1beta1/types.go)。 在所有请求都不能跟spec中的path匹配的情况下，请求被发送到Ingress controller的默认后端，可以指定全局缺省backend。

## Ingress controllers

为了使Ingress正常工作，集群中必须运行Ingress controller。 这与其他类型的控制器不同，其他类型的控制器通常作为`kube-controller-manager`二进制文件的一部分运行，在集群启动时自动启动。 你需要选择最适合自己集群的Ingress controller或者自己实现一个。
- kubernetes当前支持并维护[GCE](https://git.k8s.io/ingress-gce/README.md)和[nginx](https://git.k8s.io/ingress-nginx/README.md)两种controller.
- F5（公司）[支持并维护](https://support.f5.com/csp/article/K86859508) [F5 BIG-IP Controller for Kubernetes](http://clouddocs.f5.com/products/connectors/k8s-bigip-ctlr/latest).
- [Kong](https://konghq.com/) 同时支持并维护[社区版](https://discuss.konghq.com/c/kubernetes)与[企业版](https://konghq.com/api-customer-success/)的 [Kong Ingress Controller for Kubernetes](https://konghq.com/blog/kubernetes-ingress-controller-for-kong/).
- [Traefik](https://github.com/containous/traefik) 是功能齐全的 ingress controller([Let’s Encrypt](https://letsencrypt.org/), secrets, http2, websocket…), [Containous](https://containo.us/services) 也对其提供商业支持。
- [Istio](https://istio.io/zh) 使用CRD Gateway来[控制Ingress流量](https://istio.io/zh/docs/tasks/traffic-management/ingress/)。


## 在你开始前

以下文档描述了Ingress资源中公开的一组跨平台功能。 理想情况下，所有的Ingress controller都应该符合这个规范，但是我们还没有实现。 GCE和nginx控制器的文档分别在[这里](https://git.k8s.io/ingress-gce/README.md)和[这里](https://git.k8s.io/ingress-nginx/README.md)。如果您使用F5 BIG-IP controller, 请参看[这里](http://clouddocs.f5.com/containers/latest/kubernetes/kctlr-k8s-ingress-ctlr.html).
**确保您查看控制器特定的文档，以便您了解每个文档的注意事项。**

## Ingress类型

### 单Service Ingress

Kubernetes中已经存在一些概念可以暴露单个service（查看[替代方案](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/#alternatives)），但是你仍然可以通过Ingress来实现，通过指定一个没有rule的默认backend的方式。

ingress.yaml定义文件：

```yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: test-ingress
spec:
  backend:
    serviceName: testsvc
    servicePort: 80
```

使用`kubectl create -f`命令创建，然后查看ingress：

```bash
$ kubectl get ing
NAME                RULE          BACKEND        ADDRESS
test-ingress        -             testsvc:80     107.178.254.228
```

 `107.178.254.228`就是Ingress controller为了实现Ingress而分配的IP地址。`RULE`列表示所有发送给该IP的流量都被转发到了`BACKEND`所列的Kubernetes service上。

### 简单展开

如前面描述的那样，kubernetes pod中的IP只在集群网络内部可见，我们需要在边界设置一个东西，让它能够接收ingress的流量并将它们转发到正确的端点上。这个东西一般是高可用的loadbalancer。使用Ingress能够允许你将loadbalancer的个数降低到最少，例如，假如你想要创建这样的一个设置：

```
foo.bar.com -> 178.91.123.132 -> / foo    s1:80
                                 / bar    s2:80
```

你需要一个这样的ingress：

```yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: test
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - path: /foo
        backend:
          serviceName: s1
          servicePort: 80
      - path: /bar
        backend:
          serviceName: s2
          servicePort: 80
```

使用`kubectl create -f`创建完ingress后：

```bash
$ kubectl get ing
NAME      RULE          BACKEND   ADDRESS
test      -
          foo.bar.com
          /foo          s1:80
          /bar          s2:80
```

只要服务（s1，s2）存在，Ingress controller就会将提供一个满足该Ingress的特定loadbalancer实现。 这一步完成后，您将在Ingress的最后一列看到loadbalancer的地址。

### 基于名称的虚拟主机

Name-based的虚拟主机在同一个IP地址下拥有多个主机名。

```
foo.bar.com --|                 |-> foo.bar.com s1:80
              | 178.91.123.132  |
bar.foo.com --|                 |-> bar.foo.com s2:80
```

下面这个ingress说明基于[Host header](https://tools.ietf.org/html/rfc7230#section-5.4)的后端loadbalancer的路由请求：

```yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: test
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s1
          servicePort: 80
  - host: bar.foo.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s2
          servicePort: 80
```

**默认backend**：一个没有rule的ingress，如前面章节中所示，所有流量都将发送到一个默认backend。你可以用该技巧通知loadbalancer如何找到你网站的404页面，通过制定一些列rule和一个默认backend的方式。如果请求header中的host不能跟ingress中的host匹配，并且/或请求的URL不能与任何一个path匹配，则流量将路由到你的默认backend。

### TLS

你可以通过指定包含TLS私钥和证书的[secret](https://kubernetes.io/docs/user-guide/secrets)来加密Ingress。 目前，Ingress仅支持单个TLS端口443，并假定TLS termination。 如果Ingress中的TLS配置部分指定了不同的主机，则它们将根据通过SNI TLS扩展指定的主机名（假如Ingress controller支持SNI）在多个相同端口上进行复用。 TLS secret中必须包含名为`tls.crt`和`tls.key`的密钥，这里面包含了用于TLS的证书和私钥，例如：

```yaml
apiVersion: v1
data:
  tls.crt: base64 encoded cert
  tls.key: base64 encoded key
kind: Secret
metadata:
  name: testsecret
  namespace: default
type: Opaque
```

在Ingress中引用这个secret将通知Ingress controller使用TLS加密从将客户端到loadbalancer的channel：

```yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: no-rules-map
spec:
  tls:
    - secretName: testsecret
  backend:
    serviceName: s1
    servicePort: 80
```

请注意，各种Ingress controller支持的TLS功能之间存在差距。 请参阅有关[nginx](https://git.k8s.io/ingress-nginx/README.md#https)，[GCE](https://git.k8s.io/ingress-gce/README.md#frontend-https)或任何其他平台特定Ingress controller的文档，以了解TLS在你的环境中的工作原理。

Ingress controller启动时附带一些适用于所有Ingress的负载平衡策略设置，例如负载均衡算法，后端权重方案等。更高级的负载平衡概念（例如持久会话，动态权重）尚未在Ingress中公开。 你仍然可以通过service loadbalancer获取这些功能。 随着时间的推移，我们计划将适用于跨平台的负载平衡模式加入到Ingress资源中。

还值得注意的是，尽管健康检查不直接通过Ingress公开，但Kubernetes中存在并行概念，例如[准备探查](https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-liveness-readiness-probes/)，可以使你达成相同的最终结果。 请查看特定控制器的文档，以了解他们如何处理健康检查（[nginx](https://git.k8s.io/ingress-nginx/README.md)，[GCE](https://git.k8s.io/ingress-gce/README.md#health-checks)）。

## 更新Ingress

假如你想要向已有的ingress中增加一个新的Host，你可以编辑和更新该ingress：

```bash
$ kubectl get ing
NAME      RULE          BACKEND   ADDRESS
test      -                       178.91.123.132
          foo.bar.com
          /foo          s1:80
$ kubectl edit ing test
```

这会弹出一个包含已有的yaml文件的编辑器，修改它，增加新的Host配置。

```yaml
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s1
          servicePort: 80
        path: /foo
  - host: bar.baz.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: s2
          servicePort: 80
        path: /foo
..
```

保存它会更新API server中的资源，这会触发ingress controller重新配置loadbalancer。

```bash
$ kubectl get ing
NAME      RULE          BACKEND   ADDRESS
test      -                       178.91.123.132
          foo.bar.com
          /foo          s1:80
          bar.baz.com
          /foo          s2:80
```

在一个修改过的ingress yaml文件上调用`kubectl replace -f`命令一样可以达到同样的效果。

## 跨可用域故障

在不同云供应商之间，跨故障域的流量传播技术有所不同。 有关详细信息，请查看相关Ingress controller的文档。 有关在federation集群中部署Ingress的详细信息，请参阅federation文档。

## 未来计划

- 多样化的HTTPS/TLS模型支持（如SNI，re-encryption）
- 通过声明来请求IP或者主机名
- 结合L4和L7 Ingress
- 更多的Ingress controller

请跟踪[L7和Ingress的proposal](https://github.com/kubernetes/kubernetes/pull/12827)，了解有关资源演进的更多细节，以及[Ingress repository](https://github.com/kubernetes/ingress/tree/master)，了解有关各种Ingress controller演进的更多详细信息。

## 替代方案

你可以通过很多种方式暴露service而不必直接使用ingress：

- 使用[Service.Type=LoadBalancer](https://kubernetes.io/docs/user-guide/services/#type-loadbalancer)
- 使用[Service.Type=NodePort](https://kubernetes.io/docs/user-guide/services/#type-nodeport)
- 使用[Port Proxy](https://git.k8s.io/contrib/for-demos/proxy-to-service)
- 部署一个[Service loadbalancer](https://github.com/kubernetes/contrib/tree/master/service-loadbalancer) 这允许你在多个service之间共享单个IP，并通过Service Annotations实现更高级的负载平衡。

## 参考

- [Kubernetes Ingress Resource](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/)
- [使用NGINX Plus负载均衡Kubernetes服务](http://dockone.io/article/957)
- [使用 NGINX 和 NGINX Plus 的 Ingress Controller 进行 Kubernetes 的负载均衡](http://www.cnblogs.com/276815076/p/6407101.html)
- [Kubernetes : Ingress Controller with Træfɪk and Let's Encrypt](https://blog.osones.com/en/kubernetes-ingress-controller-with-traefik-and-lets-encrypt.html)
- [Kubernetes : Træfɪk and Let's Encrypt at scale](https://blog.osones.com/en/kubernetes-traefik-and-lets-encrypt-at-scale.html)
- [Kubernetes Ingress Controller-Træfɪk](https://docs.traefik.io/user-guide/kubernetes/)
- [使用Istio控制Ingress流量](https://istio.io/zh/docs/tasks/traffic-management/ingress/)