K8S對外服務之Ingress

龍Llong發表於2023-03-04

一、Ingress 簡介

service的作用體現在兩個方面，對叢集內部，它不斷跟蹤pod的變化，更新endpoint（端點）中對應pod的物件，提供了ip不斷變化的pod的服務發現機制；對叢集外部，他類似負載均衡器，可以在叢集內外部對pod進行訪問。

在Kubernetes中，Pod的IP地址和service的ClusterIP僅可以在叢集網路內部使用，對於叢集外的應用是不可見的。為了使外部的應用能夠訪問叢集內的服務，Kubernetes目前提供了以下幾種方案：

NodePort：將service暴露在節點網路上，NodePort背後就是Kube-Proxy，Kube-Proxy是溝通service網路、Pod網路和節點網路的橋樑。
測試環境使用還行，當有幾十上百的服務在叢集中執行時，NodePort的埠管理就是個災難。因為每個埠只能是一種服務，埠範圍只能是 30000-32767。
LoadBalancer：透過設定LoadBalancer對映到雲服務商提供的LoadBalancer地址。這種用法僅用於在公有云服務提供商的雲平臺上設定 Service 的場景。受限於雲平臺，且通常在雲平臺部署LoadBalancer還需要額外的費用。
在service提交後，Kubernetes就會呼叫CloudProvider在公有云上為你建立一個負載均衡服務，並且把被代理的Pod的IP地址配置給負載均衡服務做後端。
externalIPs：service允許為其分配外部IP，如果外部IP路由到叢集中一個或多個Node上，Service會被暴露給這些externalIPs。透過外部IP進入到叢集的流量，將會被路由到Service的Endpoint上。
Ingress：只需一個或者少量的公網IP和LB，即可同時將多個HTTP服務暴露到外網，七層反向代理。
可以簡單理解為service的service，它其實就是一組基於域名和URL路徑，把使用者的請求轉發到一個或多個service的規則。

1、Ingress 組成

ingress：ingress是一個API物件，透過yaml檔案來配置，ingress物件的作用是定義請求如何轉發到service的規則，可以理解為配置模板。
ingress透過http或https暴露叢集內部service，給service提供外部URL、負載均衡、SSL/TLS能力以及基於域名的反向代理。ingress要依靠 ingress-controller 來具體實現以上功能。
ingress-controller：
ingress-controller是具體實現反向代理及負載均衡的程式，對ingress定義的規則進行解析，根據配置的規則來實現請求轉發。
ingress-controller並不是k8s自帶的元件，實際上ingress-controller只是一個統稱，使用者可以選擇不同的ingress-controller實現，目前，由k8s維護的ingress-controller只有google雲的GCE與ingress-nginx兩個，其他還有很多第三方維護的ingress-controller，具體可以參考官方文件。但是不管哪一種ingress-controller，實現的機制都大同小異，只是在具體配置上有差異。
一般來說，ingress-controller的形式都是一個pod，裡面跑著daemon程式和反向代理程式。daemon負責不斷監控叢集的變化，根據 ingress物件生成配置並應用新配置到反向代理，比如ingress-nginx就是動態生成nginx配置，動態更新upstream，並在需要的時候reload程式應用新配置。為了方便，後面的例子都以k8s官方維護的ingress-nginx為例。

Ingress-Nginx github 地址：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx
Ingress-Nginx 官方網站：https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/

2、總結

ingress-controller才是負責具體轉發的元件，透過各種方式將它暴露在叢集入口，外部對叢集的請求流量會先到 ingress-controller，而ingress物件是用來告訴ingress-controller該如何轉發請求，比如哪些域名、哪些URL要轉發到哪些service等等。

二、Ingress 工作原理

K8S對外服務之Ingress

ingress-controller透過和 kubernetes APIServer 互動，動態的去感知叢集中ingress規則變化，
然後讀取它，按照自定義的規則，規則就是寫明瞭哪個域名對應哪個service，生成一段nginx配置，
再寫到nginx-ingress-controller的pod裡，這個ingress-controller的pod裡執行著一個Nginx服務，控制器會把生成的 nginx配置寫入 /etc/nginx.conf檔案中，
然後reload一下使配置生效。以此達到域名區分配置和動態更新的作用。

三、部署 nginx-ingress-controller

1、部署ingress-controller pod及相關資源

mkdir /opt/ingress
cd /opt/ingress

官方下載地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml

上面可能無法下載，可用國內的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml

#mandatory.yaml檔案中包含了很多資源的建立，包括namespace、ConfigMap、role，ServiceAccount等等所有部署ingress-controller需要的資源。

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2、修改 ClusterRole 資源配置

vim mandatory.yaml
......
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
#RBAC相關資源從1.17版本開始改用rbac.authorization.k8s.io/v1，rbac.authorization.k8s.io/v1beta1在1.22版本即將棄用
kind: ClusterRole
metadata:
  name: nginx-ingress-clusterrole
  labels:
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
rules:
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - configmaps
      - endpoints
      - nodes
      - pods
      - secrets
    verbs:
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - nodes
    verbs:
      - get
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - services
    verbs:
      - get
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - "extensions"
      - "networking.k8s.io"    # （0.25版本）增加 networking.k8s.io Ingress 資源的 api 
    resources:
      - ingresses
    verbs:
      - get
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - events
    verbs:
      - create
      - patch
  - apiGroups:
      - "extensions"
      - "networking.k8s.io"   # （0.25版本）增加 networking.k8s.io/v1 Ingress 資源的 api 
    resources:
      - ingresses/status
    verbs:
      - update

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ingress 暴露服務的方式

方式一：Deployment+LoadBalancer 模式的 Service
如果要把ingress部署在公有云，那用這種方式比較合適。用Deployment部署ingress-controller，建立一個 type為 LoadBalancer 的 service 關聯這組 pod。大部分公有云，都會為 LoadBalancer 的 service 自動建立一個負載均衡器，通常還繫結了公網地址。只要把域名解析指向該地址，就實現了叢集服務的對外暴露
方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector
用DaemonSet結合nodeselector來部署ingress-controller到特定的node上，然後使用HostNetwork直接把該pod與宿主機node的網路打通，直接使用宿主機的80/433埠就能訪問服務。這時，ingress-controller所在的node機器就很類似傳統架構的邊緣節點，比如機房入口的nginx伺服器。該方式整個請求鏈路最簡單，效能相對NodePort模式更好。缺點是由於直接利用宿主機節點的網路和埠，一個node只能部署一個ingress-controller pod。比較適合大併發的生產環境使用。
方式三：Deployment+NodePort模式的Service
同樣用deployment模式部署ingress-controller，並建立對應的service，但是type為NodePort。這樣，ingress就會暴露在叢集節點ip的特定埠上。由於nodeport暴露的埠是隨機埠，一般會在前面再搭建一套負載均衡器來轉發請求。該方式一般用於宿主機是相對固定的環境ip地址不變的場景。
NodePort方式暴露ingress雖然簡單方便，但是NodePort多了一層NAT，在請求量級很大時可能對效能會有一定影響。

3、指定 nginx-ingress-controller 執行在 node02 節點

採用方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector

kubectl label node node02 ingress=true

kubectl get nodes --show-labels

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4、修改 Deployment 為 DaemonSet ，指定節點執行，並開啟 hostNetwork 網路

vim mandatory.yaml

...
apiVersion: apps/v1
# 修改 kind
# kind: Deployment
kind: DaemonSet
metadata:
  name: nginx-ingress-controller
  namespace: ingress-nginx
  labels:
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
spec:
# 刪除Replicas
# replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
      app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
        app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
      annotations:
        prometheus.io/port: "10254"
        prometheus.io/scrape: "true"
    spec:
      # 使用主機網路
      hostNetwork: true
      # 選擇節點執行
      nodeSelector:
        ingress: "true"
      serviceAccountName: nginx-ingress-serviceaccount
......

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5、在所有 node 節點上傳 nginx-ingress-controller 映象壓縮包 ingree.contro.tar.gz 到/opt/ingress 目錄，並解壓和載入映象

cd /opt/ingress
tar zxvf ingree.contro.tar.gz
docker load -i ingree.contro.tar

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6、啟動 nginx-ingress-controller

kubectl apply -f mandatory.yaml

#nginx-ingress-controller 已經執行 node02 節點
kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide

kubectl get cm,daemonset -n ingress-nginx -o wide

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到 node02 節點檢視

netstat -lntp | grep nginx

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由於配置了 hostnetwork，nginx 已經在 node 主機本地監聽 80/443/8181 埠。其中 8181 是 nginx-controller 預設配置的一個 default backend（Ingress 資源沒有匹配的 rule 物件時，流量就會被導向這個 default backend）。這樣，只要訪問 node 主機有公網 IP，就可以直接對映域名來對外網暴露服務了。如果要 nginx 高可用的話，可以在多個 node上部署，並在前面再搭建一套 LVS+keepalived 做負載均衡。

7、建立 ingress 規則

建立一個 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

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建立 ingress

用的是方法二

#方法一：（extensions/v1beta1 Ingress 在1.22版本即將棄用）
vim ingress-app.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-app-ingress
spec:
  rules:
  - host: www.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx-app-svc
          servicePort: 80

#方法二：
vim ingress-app.yaml	  
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-app-ingress
spec:
  rules:
  - host: www.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-app-svc
            port:
              number: 80

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kubectl apply -f service-nginx.yaml

kubectl apply -f ingress-app.yaml

kubectl get pods

kubectl get ingress

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8、測試訪問

本地 host 新增域名解析

vim /etc/hosts

curl www.mcl.com

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9、檢視 nginx-ingress-controller

kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide

kubectl exec -it nginx-ingress-controller-p7tdq -n ingress-nginx /bin/bash

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可以看到從 start server www.mcl.com 到 end server www.mcl.com 之間包含了此域名用於反向代理的配置

四、採用方式三：Deployment+NodePort模式的Service

1、下載 nginx-ingress-controller 和 ingress-nginx 暴露埠配置檔案

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

官方下載地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml

國內 gitee 資源地址：
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml

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2、在所有 node 節點上傳映象包 ingress-controller-0.30.0.tar 到 /opt/ingress-nodeport 目錄，並載入映象

tar zxvf ingree.contro-0.30.0.tar.gz
docker load -i ingress-controller-0.30.0.tar

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3、啟動 nginx-ingress-controller

kubectl apply -f mandatory.yaml
kubectl apply -f service-nodeport.yaml

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如果K8S Pod 排程失敗，在 kubectl describe pod資源時顯示：
Warning FailedScheduling 18s (x2 over 18s) default-scheduler 0/2 nodes are available: 2 node(s) didn't match node selector

解決方案：

給需要排程的node加上對應標籤
相對上面這個Yaml檔案的例子
kubectl label nodes node_name kubernetes.io/os=linux
刪除Yaml檔案中的nodeSelector，如果對節點沒有要求的話，直接刪除節點選擇器即可

4、Ingress HTTP 代理訪問

建立 deployment、Service、Ingress Yaml 資源

vim ingress-nginx.yaml 

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-myapp
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:
  rules:
  - host: www.long.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service: 
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80

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kubectl get pods,svc -o wide

K8S對外服務之Ingress

kubectl exec -it pod/nginx-myapp-57dd86f5cc-l48l2 bash

kubectl exec -it pod/nginx-myapp-57dd86f5cc-lpnfz bash

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5、測試訪問

curl 10.244.1.18

kubectl get svc -n ingress-nginx

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vim /etc/hosts

192.168.160.20 master
192.168.160.40 node01
192.168.160.90 node02
192.168.160.70 hub.mcl.com
192.168.160.90 www.mcl.com
#新增域名解析
192.168.160.40 www.mcl.com www.long.com

#外部訪問
curl http://www.long.com:31751

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6、Ingress HTTP 代理訪問虛擬主機

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

#建立虛擬主機1資源
vim deployment1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment1
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx1
    spec:
      containers:
        - name: nginx1
          image: soscscs/myapp:v1
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-1
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    name: nginx1
	
	
kubectl apply -f deployment1.yaml

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#建立虛擬主機2資源
vim deployment2.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment2
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx2
    spec:
      containers:
        - name: nginx2
          image: soscscs/myapp:v2
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-2
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    name: nginx2
	
	
kubectl apply -f deployment2.yaml

K8S對外服務之Ingress

#建立ingress資源
vim ingress-nginx.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress1
spec:
  rules:
    - host: www1.mcl.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service: 
              name: svc-1
              port:
                number: 80
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress2
spec:
  rules:
    - host: www2.mcl.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service: 
              name: svc-2
              port:
                number: 80


kubectl apply -f ingress-nginx.yaml

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7、測試訪問

kubectl get svc -n ingress-nginx

#做主機對映
vim /etc/hosts

curl www1.mcl.com:31751

curl www2.mcl.com:31751

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8、Ingress HTTPS 代理訪問

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

K8S對外服務之Ingress

8.1 建立ssl證書

openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj "/CN=nginxsvc/O=nginxsvc"

K8S對外服務之Ingress

8.2 建立 secret 資源進行儲存

kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt
kubectl get secret
kubectl describe secret tls-secret

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8.3 建立 deployment、Service、Ingress Yaml 資源

vim ingress-https.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-https
spec:
  tls:
    - hosts:
      - www3.long.com
      secretName: tls-secret
  rules:
    - host: www3.kgc.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service: 
              name: nginx-svc
              port:
                number: 80
                
kubectl apply -f ingress-https.yaml

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9、Nginx 進行 BasicAuth

mkdir /opt/ingress-nodeport/basic-auth
cd　/opt/ingress-nodeport/basic-auth

K8S對外服務之Ingress

9.1 生成使用者密碼認證檔案，建立 secret 資源進行儲存

yum -y install httpd
htpasswd -c auth mcl			#認證檔名必須為 auth
kubectl create secret generic basic-auth --from-file=auth
kubectl get secrets
kubectl describe secrets basic-auth

K8S對外服務之Ingress

9.2 建立 ingress 資源

vim ingress-auth.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-auth
  annotations:
    #設定認證型別basic
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic
	#設定secret資源名稱basic-auth
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth
	#設定認證視窗提示資訊
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-realm: 'Authentication Required - mcl'
spec:
  rules:
  - host: auth.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service: 
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80
              
//具體詳細設定方法可參考官網https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/examples/auth/basic/

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9.3 訪問測試

kubectl apply -f ingress-auth.yaml
kubectl get svc -n ingress-nginx
echo '192.168.160.40 auth.mcl.com' >> /etc/hosts

瀏覽器訪問：http://auth.mcl.com:31751

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10、Nginx 進行重寫

metadata.annotations 配置說明

nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: <字串> #必須重定向流量的目標URI
nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: <布林值> #指示位置部分是否僅可訪問SSL(當Ingress包含證書時，預設為true)
nginx.ingress.kubernetes.io/force-ssl-redirect: <布林值> #即使Ingress未啟用TLS，也強制重定向到HTTPS
nginx.ingress.kubernetes.io/app-root: <字串> #定義Controller必須重定向的應用程式根，如果它在'/'上下文中
nginx.ingress.kubernetes.io/use-regex: <布林值> #指示Ingress上定義的路徑是否使用正規表示式

編寫ingress-rewrite.yaml

vim ingress-rewrite.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-rewrite
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: http://www1.mcl.com:31751
spec:
  rules:
  - host: re.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
		  #由於re.kgc.com只是用於跳轉不需要真實站點存在，因此svc資源名稱可隨意定義
          service: 
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80

K8S對外服務之Ingress

訪問測試

kubectl apply -f ingress-rewrite.yaml
echo '192.168.160.40 re.mcl.com' >> /etc/hosts

瀏覽器訪問：http://re.mcl.com:31751

K8S對外服務之Ingress

五、總結

ingress是k8s叢集的請求入口，可以理解為對多個service的再次抽象
通常說的ingress一般包括ingress資源物件及ingress-controller兩部分組成
ingress-controller有多種實現，社群原生的是ingress-nginx，根據具體需求選擇
ingress自身的暴露有多種方式，需要根據基礎環境及業務型別選擇合適的方式

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K8S對外服務之Ingress

一、Ingress 簡介

1、Ingress 組成

2、總結

二、Ingress 工作原理

三、部署 nginx-ingress-controller

1、部署ingress-controller pod及相關資源

2、修改 ClusterRole 資源配置

ingress 暴露服務的方式

3、指定 nginx-ingress-controller 執行在 node02 節點

4、修改 Deployment 為 DaemonSet ，指定節點執行，並開啟 hostNetwork 網路

5、在所有 node 節點上傳 nginx-ingress-controller 映象壓縮包 ingree.contro.tar.gz 到/opt/ingress 目錄，並解壓和載入映象

6、啟動 nginx-ingress-controller

7、建立 ingress 規則

8、測試訪問

9、檢視 nginx-ingress-controller

四、採用方式三：Deployment+NodePort模式的Service

1、下載 nginx-ingress-controller 和 ingress-nginx 暴露埠配置檔案

2、在所有 node 節點上傳映象包 ingress-controller-0.30.0.tar 到 /opt/ingress-nodeport 目錄，並載入映象

3、啟動 nginx-ingress-controller

4、Ingress HTTP 代理訪問

5、測試訪問

6、Ingress HTTP 代理訪問虛擬主機

7、測試訪問

8、Ingress HTTPS 代理訪問

8.1 建立ssl證書

8.2 建立 secret 資源進行儲存

8.3 建立 deployment、Service、Ingress Yaml 資源

9、Nginx 進行 BasicAuth

9.1 生成使用者密碼認證檔案，建立 secret 資源進行儲存

9.2 建立 ingress 資源

9.3 訪問測試

10、Nginx 進行重寫

五、總結

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