Kubernetes Ingress：实现HTTPHTTPS流量管理

Kubernetes Ingress：实现HTTP/HTTPS流量管理

在Kubernetes集群中，如何高效管理外部对内部服务的HTTP/HTTPS访问？Ingress作为Kubernetes的核心API对象，提供了基于URI、主机名等Web概念的流量路由能力，是实现外部访问治理的关键组件。本文将深入解析Ingress的核心概念、配置方式及最佳实践，帮助你全面掌握这一重要功能。

什么是Ingress？

Ingress是Kubernetes中用于管理集群外部对内部服务的HTTP/HTTPS访问的API对象。它通过定义规则（Rules）控制流量路由，支持负载均衡、SSL终止、基于名称的虚拟主机等功能，是连接集群内外HTTP/HTTPS流量的"网关"。

核心特性：

• 基于HTTP/HTTPS协议的流量路由
• 支持按主机名（Host）或路径（Path）匹配请求
• 可配置SSL/TLS加密（终止HTTPS连接）
• 依赖Ingress控制器实现（仅定义Ingress资源无实际效果）

与Service的区别

Ingress与Service（如NodePort、LoadBalancer）都能暴露服务，但定位不同：

• Service：主要解决集群内部服务发现和访问，可暴露任意端口和协议（如TCP/UDP），但缺乏HTTP层的精细化路由能力。
• Ingress：专注于HTTP/HTTPS流量，支持基于路径、主机名的复杂路由，本质是对Service的"二次封装"，通过Ingress控制器将外部流量转发到后端Service。

简言之：Ingress是HTTP/HTTPS流量的入口网关，而Service是服务的抽象访问点。

核心依赖：Ingress控制器

Ingress本身仅是"规则定义"，需通过Ingress控制器（如ingress-nginx、Traefik）实现实际的流量转发。控制器通常以Pod形式运行在集群中，负责监听Ingress资源变化并生成对应的负载均衡配置（如Nginx配置文件）。

注意：不同控制器的实现存在差异（如支持的annotations、TLS特性），使用前需参考具体控制器文档（如ingress-nginx文档）。

Ingress资源的核心组成

一个完整的Ingress资源由apiVersion、kind、metadata和spec四部分组成，其中spec是配置核心。以下是一个最小化的Ingress示例：

# 最小化Ingress配置示例
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: minimal-ingressannotations:nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /  # 控制器特定注解（示例：路径重写）
spec:ingressClassName: nginx-example  # 关联的IngressClassrules:- http:paths:- path: /testpathpathType: Prefixbackend:service:name: testport:number: 80

1. metadata：元数据

• name：Ingress名称，需符合DNS子域名规范。
• annotations：用于配置控制器特定的功能（如路径重写、缓存策略），不同控制器支持的注解不同（例如nginx的rewrite-target）。

2. spec：核心配置

（1）ingressClassName：关联IngressClass

指定该Ingress使用的IngressClass（需提前创建），用于绑定具体的Ingress控制器。若省略，将使用集群默认的IngressClass。

（2）rules：流量路由规则

定义HTTP/HTTPS请求的匹配规则，每个规则包含：

• host（可选）：匹配请求的主机名（如foo.bar.com），不指定则匹配所有主机。
• http.paths：路径列表，每个路径包含：
  • path：请求路径（如/testpath）。
  • pathType：路径匹配类型（必须指定，否则验证失败）。
  • backend：匹配后转发的后端服务（Service或自定义资源）。

（3）pathType：路径匹配类型

Kubernetes定义了三种路径匹配规则，具体行为由Ingress控制器实现：

类型	说明
ImplementationSpecific	匹配逻辑由IngressClass决定（如控制器自定义规则）。
Exact	精确匹配URL路径，区分大小写。
Prefix	基于/分割的路径前缀匹配，区分大小写（如/foo匹配/foo和/foo/bar，但不匹配/foobar）。

路径匹配示例（以Prefix和Exact为例）：

路径类型	配置路径	请求路径	是否匹配
Prefix	/foo	/foo	是
Prefix	/foo	/foo/bar	是
Prefix	/foo	/foobar	否（前缀不匹配）
Exact	/foo	/foo	是
Exact	/foo	/foo/	否（路径末尾多斜杠）

（4）backend：后端服务

流量匹配规则后转发的目标，支持两种类型：

• Service后端：转发到Kubernetes Service，需指定service.name和service.port（端口号或名称）。
• Resource后端：转发到自定义资源（如存储桶），需指定resource.apiGroup、resource.kind和resource.name（与Service互斥）。

（5）defaultBackend：默认后端

当没有规则匹配请求时，流量将转发到默认后端。通常由Ingress控制器预配置（如default-http-backend），也可在Ingress中显式定义。

（6）tls：HTTPS配置

通过Secret配置TLS加密，实现HTTPS访问：

spec:tls:- hosts:  # 匹配的主机名（需与证书中的CN一致）- https-example.foo.comsecretName: testsecret-tls  # 包含tls.crt（证书）和tls.key（密钥）的Secretrules:- host: https-example.foo.com  # 需与tls.hosts一致# ... 省略路径配置

注意：

• 仅支持443端口，且假设TLS终止在Ingress层（后端服务可能使用明文通信）。
• 多个主机可共享同一证书（通过SNI扩展实现），需证书包含所有主机的SAN。

IngressClass：绑定控制器的桥梁

IngressClass是用于关联Ingress与具体控制器的资源，定义了哪个控制器将处理该类Ingress的规则。其核心作用是：

• 隔离不同控制器的配置（如生产与测试环境使用不同控制器）。
• 集中管理控制器的参数（如负载均衡策略）。

IngressClass的定义示例

# 创建一个IngressClass，关联到example.com的控制器
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: IngressClass
metadata:name: external-lb
spec:controller: example.com/ingress-controller  # 控制器标识（需与控制器实际名称一致）parameters:  # 控制器的配置参数（可选）apiGroup: k8s.example.comkind: IngressParametersname: external-lb-params

关键配置说明

• controller：控制器的唯一标识（如nginx控制器为k8s.io/ingress-nginx）。
• parameters：控制器的配置参数（可选），可引用集群级或命名空间级资源（通过scope指定）。

默认IngressClass

通过为IngressClass添加注解ingressclass.kubernetes.io/is-default-class: "true"，可将其设为集群默认。未指定ingressClassName的Ingress将自动使用默认IngressClass。

注意：集群中只能有一个默认IngressClass，否则会导致新Ingress创建失败。

常见Ingress配置场景

1. 单一服务暴露

将Ingress绑定到单个Service，实现外部HTTP访问（类似NodePort，但更简洁）：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: single-service-ingress
spec:ingressClassName: nginxdefaultBackend:  # 无规则时默认转发的服务service:name: my-serviceport:number: 80

效果：所有访问Ingress IP的HTTP流量均转发到my-service:80。

2. 简单扇出（Fanout）

基于路径将流量转发到不同服务（同一主机下的多路径路由）：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: fanout-ingress
spec:ingressClassName: nginxrules:- host: foo.bar.com  # 仅匹配foo.bar.com的请求http:paths:- path: /foopathType: Prefixbackend:service:name: service1port:number: 4200- path: /barpathType: Prefixbackend:service:name: service2port:number: 8080

效果：

• foo.bar.com/foo → service1:4200
• foo.bar.com/bar → service2:8080

3. 基于名称的虚拟主机

基于请求的Host头将流量路由到不同服务（同一IP对应多个域名）：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: name-virtual-host-ingress
spec:ingressClassName: nginxrules:- host: foo.bar.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service:name: service1port:number: 80- host: bar.foo.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service:name: service2port:number: 80

效果：

• Host: foo.bar.com → service1:80
• Host: bar.foo.com → service2:80

4. HTTPS配置

通过TLS Secret启用HTTPS访问：

# 1. 先创建TLS Secret（证书和密钥需提前生成）
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:name: tls-secret
type: kubernetes.io/tls
data:tls.crt: LS0tLS1CRUdJTiBDRVJUSUZJQ0FURS0t...  # base64编码的证书tls.key: LS0tLS1CRUdJTiBQUklWQVRFIEtFWS0t...  # base64编码的密钥# 2. 创建Ingress引用该Secret
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: tls-ingress
spec:ingressClassName: nginxtls:- hosts:- secure.example.comsecretName: tls-secretrules:- host: secure.example.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service:name: secure-serviceport:number: 80

效果：访问https://secure.example.com时，Ingress终止TLS连接，将明文流量转发到secure-service:80。

部署与管理Ingress

1. 部署Ingress控制器

以常用的ingress-nginx为例：

# 安装ingress-nginx控制器（参考官方文档）
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.8.1/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml# 验证控制器Pod运行
kubectl get pods -n ingress-nginx -l app.kubernetes.io/component=controller

2. 创建Ingress资源

# 应用Ingress配置
kubectl apply -f ingress-example.yaml# 查看Ingress状态（Address为控制器分配的IP）
kubectl get ingress
NAME               CLASS    HOSTS              ADDRESS        PORTS     AGE
tls-ingress        nginx    secure.example.com  203.0.113.5    80, 443   5m

3. 更新Ingress规则

通过kubectl edit修改现有Ingress：

kubectl edit ingress tls-ingress

修改后保存，Ingress控制器会自动应用新规则。

4. 查看Ingress详情

kubectl describe ingress tls-ingress

可查看规则、后端服务、事件（如控制器配置更新日志）。

注意事项与最佳实践

1. 依赖控制器实现：Ingress的功能依赖具体控制器，不同控制器对规则的支持可能存在差异（如路径匹配精度），需参考控制器文档。

2. 路径匹配优先级：当多个路径匹配同一请求时，优先级为：

   • 最长路径优先 → 精确匹配（Exact）优先于前缀匹配（Prefix）。

3. TLS证书管理：生产环境建议使用工具自动管理证书（如Cert-Manager），避免手动更新过期证书。

4. 默认后端配置：建议配置默认后端（如404页面服务），避免未匹配的请求被控制器默认拒绝。

5. 健康检查：Ingress本身不直接支持健康检查，需通过Service的就绪探针（readinessProbe）确保后端服务可用。

总结

Ingress作为Kubernetes中HTTP/HTTPS流量管理的核心组件，通过灵活的路由规则、TLS终止和负载均衡能力，简化了外部访问集群服务的复杂度。其核心价值在于：

• 基于HTTP层的精细化流量控制（路径、主机名）。
• 减少外部暴露的IP/端口数量（通过单一入口聚合服务）。
• 统一管理HTTPS证书和加密配置。

TLS证书管理：生产环境建议使用工具自动管理证书（如Cert-Manager），避免手动更新过期证书。

4. 默认后端配置：建议配置默认后端（如404页面服务），避免未匹配的请求被控制器默认拒绝。

5. 健康检查：Ingress本身不直接支持健康检查，需通过Service的就绪探针（readinessProbe）确保后端服务可用。

总结

Ingress作为Kubernetes中HTTP/HTTPS流量管理的核心组件，通过灵活的路由规则、TLS终止和负载均衡能力，简化了外部访问集群服务的复杂度。其核心价值在于：

• 基于HTTP层的精细化流量控制（路径、主机名）。
• 减少外部暴露的IP/端口数量（通过单一入口聚合服务）。
• 统一管理HTTPS证书和加密配置。

随着Kubernetes的发展，Gateway API作为Ingress的继任者正在崛起，但Ingress凭借稳定的功能和广泛的控制器支持，仍是当前生产环境的主流选择。掌握Ingress的配置与实践，是构建Kubernetes服务网络的关键一步。