从 Ingress 到 Gateway API:浅析云原生网关演进史

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今天我们来聊一下云原生网关的历史演进历程:从 Ingress 到 Gateway API。

Hello folks,我是 Luga,今天我们来聊一下云原生网关的历史演进历程:从 Ingress 到 Gateway API。

众所周知,Kubernetes 网络格局正在发生深刻的变化。传统的 Kubernetes Ingress 方法正在被一种更强大、更灵活、更具扩展性的标准所补充,甚至在某些情况下被其取代:Kubernetes Gateway API。

Kubernetes 事实上已成为编排和管理容器化应用程序的首选平台,其核心能力之一是管理网络流量。网络的高效管理对于确保这些应用程序的性能和可用性至关重要。然而,处理 Kubernetes 网络的复杂性通常会导致 Ingress 方法面临诸多挑战。虽然 Ingress 是当前管理集群服务外部流量的标准方法,但在复杂的环境中,它往往需要依赖自定义注释和自定义资源定义 (CRD) 来实现所需的操作,这无疑增加了管理难度和维护成本。

传统的 Ingress 控制器提供了基本的 HTTP 路由功能,但在面对更复杂的流量管理需求时,其灵活性和扩展性显得不足。用户不得不通过添加各种自定义注释或引入额外的 CRD 来实现高级功能,如细粒度的流量控制、安全策略、多租户隔离等。这种方式不仅增加了配置的复杂性,还可能导致不同环境下的行为不一致,进而影响系统的稳定性和可维护性。

Kubernetes Gateway API 带来了令人期待的变革。作为一种更现代化的解决方案,Gateway API 提供了一个基于角色的、适应性强的框架,与使用 Kubernetes 服务网络的组织角色保持一致,简化了网络管理和流量控制。Gateway API 不仅保留了 Ingress 的优点,还在多个方面进行了改进和扩展。它提供了更丰富的路由功能,支持多种协议和高级流量管理策略,能够更好地适应复杂的微服务环境和高并发场景。

此外,Gateway API 注重安全性和可扩展性,通过细粒度的策略控制和灵活的配置选项,确保在多租户环境下的资源隔离和安全性。它引入了控制平面和数据平面的分离,允许不同团队基于各自的角色和职责,独立管理和配置流量策略。这不仅提高了系统的可维护性和可扩展性,还增强了团队协作的效率。

Ingress :轻松实现 Kubernetes 流量路由

在 Kubernetes 中,Ingress 是一个关键的 API 对象,通常被用于管理集群中服务的外部 IP 访问。其主要功能是将外部的 HTTP 和 HTTPS 流量路由到集群内的相应服务,从而提供了一种将外部请求引导至内部应用的简便方式。通过定义一组规则,Ingress 资源控制了这些流量的路由路径,可以实现多种复杂的流量管理需求。

Ingress 资源不仅支持基本的 HTTP 和 HTTPS 路由,还可以配置为提供服务的 SSL/TLS 终止,这意味着它可以处理加密流量并在入口点解除加密,从而减轻后端服务的负担。此功能在保证数据传输安全的同时,提升了系统的整体性能。此外,Ingress 还支持流量负载平衡,通过将外部请求均匀分配到多个后端服务实例上,确保了服务的高可用性和可靠性。它还能提供外部可访问的 URL,使得用户可以通过域名直接访问集群中的服务,简化了对外服务的配置和管理。

基于名称的虚拟托管也是 Ingress 的一大特点。通过配置不同的域名和路径,Ingress 可以将来自同一入口点的流量路由到不同的服务,从而实现同一 IP 地址上的多服务托管。这对运行多个微服务的应用架构尤其有用,可以显著简化外部流量的管理。

Ingress 的功能实现通常依赖于 Ingress 控制器。Ingress 控制器是一种专门的组件,它负责监控 Ingress 资源的变化并相应地配置底层负载均衡器或其他前端设备。虽然负载均衡器是最常见的 Ingress 控制器实现方式,但它也可以配置其他前端设备(例如边缘路由器)来协助管理流量。这种灵活性使得 Ingress 能够适应各种不同的网络拓扑和需求场景。

通过使用 Ingress,用户可以集中管理集群内的服务访问,避免了在每个服务上公开节点 IP 或者为每个服务创建单独的负载均衡器。这不仅简化了配置管理,还降低了资源消耗和运营成本。因此,Ingress 被广泛应用于 Kubernetes 集群中,成为了管理外部流量访问的标准方法。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: devops-ingress
spec:
  rules:
    - host: example.com
      http:
        paths:
          - path: /api
            backend:
              serviceName: api-service
              servicePort: 8080
          - path: /web
            backend:
              serviceName: web-service
              servicePort: 80

其实,从本质上来讲,起初,Ingress 控制器被引入 Kubernetes 生态系统,以解决集群内外部流量的管理问题。Ingress 提供了一种简洁的方式来定义路由规则,使得外部请求能够正确地到达内部服务。通过配置 Ingress 资源,用户可以实现基于 HTTP 和 HTTPS 的路径路由、负载均衡以及 SSL 终止等功能。Ingress 控制器作为 Kubernetes 集群中的标准组件,被广泛采用。

然而,随着微服务架构的复杂性增加,Ingress 的局限性逐渐显现。其配置方式相对简单,难以满足复杂路由规则和高级流量管理需求。此外,Ingress 缺乏对多租户隔离、细粒度安全策略等功能的支持,这使得在大规模应用场景中显得力不从心。

IngressRoute :解锁 Kubernetes 流量管理的精细化密钥

Ingress Route 作为 Kubernetes Ingress 的扩展实现,旨在解决标准 Kubernetes Ingress 功能有限的问题,为云原生应用提供更加丰富、灵活和强大的流量管理能力。它由 Kubernetes Ingress 社区独立维护,与众多流行的 Ingress 控制器相兼容,如 Contour、Nginx Ingress Controller、Envoy 等,为用户提供了更广阔的选择空间。

标准 Kubernetes Ingress 的功能相对较为简单,主要基于域名和 URL 路径进行路由转发,缺乏更高级的路由策略和协议支持。而 Ingress Route 在此基础上做了大幅增强,提供了诸多强大的功能特性。

apiVersion: contour.heptio.com/v1
kind: IngressRoute
metadata:
  name: devops-ingress-route
spec:
  virtualhost:
    fqdn: example.com
  routes:
    - match: /api
      services:
        - name: api-service
          port: 8080
    - match: /web
      services:
        - name: web-service
          port: 80

通常而言,Ingress Route 主要解决了传统 Ingress 对象在以下几个方面的问题,具体可参考如下所示:

(1) 配置复杂性和灵活性

传统 Ingress 使用标准的 Kubernetes Ingress 对象,配置较为简单,但灵活性有限,尤其是对于复杂的流量管理需求(如多层次的路径路由、基于头信息的路由、加权路由等)。而 Ingress Route 则提供了更细粒度的控制和配置选项,可以定义更复杂的路由规则、流量管理策略等。

(2) TLS管理

传统 Ingress 的 TLS 配置相对简单,支持单一的 TLS 证书管理,无法轻松地为不同域名或路径配置不同的 TLS 策略。而 Ingress Route 则通常支持更丰富的 TLS 配置,可以为不同的路由定义独立的 TLS 证书和策略,从而提高了安全性和管理的灵活性。

(3) 路由规则的表达能力

传统 Ingress 路由规则的表达能力有限,主要基于路径前缀匹配。而 Ingress Route 则支持更复杂的路由规则,例如基于请求头、查询参数、路径等多种条件的路由规则,满足更精细的流量管理需求。

(4) 流量分配和负载均衡

传统 Ingress 的负载均衡策略比较简单,通常是基于轮询等基本策略。而 Ingress Route 支持更复杂的流量分配策略,例如加权轮询、基于请求属性的负载均衡、流量镜像等。

(5) 健康检查和故障转移

传统 Ingress 健康检查和故障转移功能相对简单。Ingress Route 则通常集成了更高级的健康检查和故障转移功能,能够更有效地检测和应对后端服务的故障。

(6) 扩展性和插件支持

传统 Ingress 在扩展性层面支持有限,难以集成自定义的功能或第三方插件。而 Ingress Route 则通常设计为更易于扩展,可以方便地集成各种自定义功能和第三方插件,以满足不同的业务需求。

总的来说,Ingress Route 虽然为云原生应用带来了更加灵活和强大的流量管理能力,但也同时增加了管理和运维的复杂度。因此,在采用 Ingress Route 时,需要全面评估其带来的好处和挑战,并做好相应的准备工作,包括团队技能培养、流程优化等,以确保能够充分发挥其强大功能,并将复杂性控制在可管理的范围内。同时,也需要根据实际需求和团队情况,选择合适的 Ingress 控制器,以尽可能减少不必要的复杂性。只有这样,才能真正释放 Ingress Route 的全部潜力,为云原生应用提供高效、可靠的流量管理服务。

Gateway API :云原生时代 API 管理新范式

Kubernetes Gateway API 是由 SIG-NETWORK 社区管理的一种规范或标准,旨在统一对 Kubernetes 集群中服务网络的建模和描述方式。它提供了一种灵活且基于角色的接口,让用户可以更好地定义和管理 Kubernetes 服务网络,从而优化服务暴露、流量管理和安全策略等方面的功能。

作为 Kubernetes 生态系统中的一项关键规范,Gateway API 为不同的网络解决方案提供了统一的抽象层和模型语义。这种统一性使得各种网络解决方案能够遵循相同的模型和语义,从而极大提高了跨平台的可移植性和可重用性。用户无需重新学习新的操作界面和流程,只需在不同环境和平台之间无缝切换,即可享受到相同的使用体验。

对于支持 Gateway API 的项目和公司而言,全面遵守该规范具有重要意义。这不仅可以确保它们实现了与规范完全一致的功能和行为,而且还可以获得 Kubernetes 社区的大力支持。Gateway API 由活跃的 Kubernetes 社区集体维护,社区中的贡献者们不遗余力地持续优化和完善这一规范,使其能够与 Kubernetes 生态系统的发展同步演进。因此,支持 Gateway API 的项目和公司可以借助社区的力量,及时获得规范的更新和改进,确保其产品和服务能够随时与最新版本的 Gateway API 保持一致,为用户提供始终如一的优秀体验。

Gateway API 的推出标志着 Kubernetes 服务网络发展的一个新里程碑,为适应现代化复杂部署环境带来了前所未有的功能支持。这项创新性的技术为组织在 Kubernetes 环境中高效管理流量提供了全新的工具,促进了跨部门之间的无缝运营协作,为构建灵活、可扩展的云原生体系架构注入了新的动力。

然而,Gateway API 技术的真正适用性和价值体现,取决于其是否与特定组织的架构模式和运维理念相契合,是否能够成功地在不同的团队和部门之间合理分配工作负荷。Gateway API 的有效性仍有待在实践中经受更多的检验和观察。

毋庸置疑,传统的 Ingress 规范一直以其简单直观的性质而备受青睐,这使得它在处理基本的流量管理场景时游刃有余。但是,当面临复杂的多租户环境、微服务架构、数据平面与控制平面解耦等现代化需求时,Ingress 规范的局限性就暴露无遗了。

与之相比,Gateway API 凭借其增强的安全性、职责分离以及更丰富的功能集,为组织提供了一种全新的选择方案。通过将控制平面和数据平面进行逻辑上的分离,Gateway API 实现了对流量管理职责的合理划分,使得网络管理员和应用开发人员能够各司其职,提高了运维效率。同时,它支持丰富的流量控制策略、安全加固机制以及与服务网格的无缝集成,为组织构建更加健壮、可靠的云原生应用系统奠定了坚实基础。

当然,我们也需要清醒地认识到,Gateway API 作为一种新兴技术,其成熟度和生态建设仍有待时日。许多组织或许会秉持保守策略,继续选择 Ingress 规范,除非 Gateway API 真正展现出其无可替代的优势。但无疑,对于那些追求卓越、渴望构建下一代云原生应用平台的组织而言,Gateway API 值得被重点关注和评估。

因此,总的来说,Gateway API 的出现为 Kubernetes 生态注入了全新的活力,为云原生架构的发展路径提供了更多可能性。作为一种具有变革性意义的技术创新,将如何与组织内部的运维实践、架构模式相互融合、相互影响,如何在云原生领域掀起新的发展浪潮,这一切都将是非常值得期待和关注的。

Reference :

  • [1] https://traefik.io/blog/getting-started-with-kubernetes-gateway-api-and-traefik/
  • [2] https://avinetworks.com/glossary/kubernetes-ingress-services/
责任编辑:赵宁宁 来源: 架构驿站
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