在Kubernetes平台上，应对不同场景外部流量引入集群，这3种工具改如何选择？

作者：Sandeep Dinesh

翻译：狄卫华

原文：Kubernetes NodePort vs LoadBalancer vs Ingress? When should I use what?

最近有人向我了解 NodePorts ，LoadBalancers 和 Ingress 之间的区别是怎么样的。 它们都是将外部流量引入群集的方式，适用的场景却各不相同。 本文接下来我们将介绍它们的工作原理以及适用的相关场景。

注意：文中所述内容适用于 GKE （Google Kubernetes Engine 注1）。 如果你在其他云平台上运行使用步骤略有不同，比如 minikube 或其他相关软件。 我也不打算过多深入技术细节， 如果你有兴趣了解更多，Kubernetes 官方文档（注2）会提供更多的有用资源！

ClusterIP

ClusterIP 服务是 Kubernetes 默认的服务类型。 如果你在集群内部创建一个服务，则在集群内部的其他应用程序可以进行访问，但是不具备集群外部访问的能力。

ClusterIP 服务的 YAML 文件看起来像这样：

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

name: my-internal-service

selector:

app: my-app

spec:

type: ClusterIP

ports:

- name: http

port: 80

targetPort: 80

protocol: TCP

如果不能从互联网访问 ClusterIP 服务，我为什么要谈论它呢？事实上，你可以通过 Kubernetes 代理进行访问。

感谢 Ahmet Alp Balkan（注3）提供的图表

启动 Kubernetes 代理：

$ kubectl proxy --port=8080

现在，可以通过 Kubernetes API 通过以下的模式来访问这个服务：

http://localhost:8080/api/v1/proxy/namespaces//services/:

/，

通过这种方式可以使用以下的地址来访问我们上述定义的服务：

http://localhost:8080/api/v1/proxy/namespaces/default/services/my-internal-service:http/

何时使用这种访问方式？

有以下几种场景，你可以使用 Kubernetes 代理的方式来访问服务：

1. 调试服务或者某些情况下通过笔记本电脑直接连接服务

2. 允许内部的通信，显示内部的仪表盘（dashboards）等

因为此种方式需要作为一个授权用户运行 kubectl，因此不应该用来暴露服务至互联网访问或者用于生产环境。

NodePort

NodePort 服务通过外部访问服务的最基本的方式。顾名思义，NodePort 就是在所有的节点或者虚拟机上开放特定的端口，该端口的流量将被转发到对应的服务。

从技术上层面，这不能算是最准确的图表，但我认为它能够直观展示了 NodePort 的工作方式。

NodePort 服务的 YAML 文件看起来像这样：

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

name: my-nodeport-service

selector:

app: my-app

spec:

type: NodePort

ports:

- name: http

port: 80

targetPort: 80

nodePort: 30036

protocol: TCP

从根本上讲，NodePort 方式的服务与 ClusterIP 方式的服务有两个区别。第一，类型是 NodePort，这需要指定一个称作 nodePort 的附加端口，并在所有节点上打开对应的端口。如果我们不具体指定端口，集群会选择一个随机的端口。大多数的情况下，我们都可以让 Kubernetes 帮我们选择合适的端口。正如 thockin（注4） 所描述的那样，有许多相关的注意事项（caveats）关于那些端口可供我们使用。

何时使用这种访问方式？

NodePort 方式有许多缺点：

1. 每个服务占用一个端口

2. 可以使用的 30000-32767 范围端口 （译者注：可以通过api-server启动参数service-node-port-range，指定限制范围，默认为30000-32767）

3. 如果节点/虚拟机IP地址发生更改，需要进行相关处理

由于上述原因，我不建议在生产环境中使用直接暴露服务。 如果运行的服务不要求高可用或者非常关注成本，这种方法则比较适合。 很好的例子就是用于演示或临时使用的程序。

LoadBalancer

LoadBalancer 服务是暴露服务至互联网最标准的方式。在 GKE 上，这将启动一个网络负载均衡器（注5），它会提供一个 IP 地址，以将所有流量转发到服务。

感谢 Ahmet Alp Balkan提供图表

何时使用这种访问方式？

这是公开服务的默认的方法。指定的端口上流量都将被转发到对应的服务，不经过过滤和其他路由等操作。这种方式意味着转发几乎任何类型的流量，如HTTP，TCP，UDP，Websockets，gRPC或其他。

这种方式最大的缺点是，负载均衡器公开的每个服务都将获取独立 IP 地址，而我们则必须为每个暴露的服务对应的负载均衡器支付相关费用，这可能会变得非常昂贵！

Ingress

和上述讨论的服务方式不同，Ingress 实际上并不是服务类型中的一种。相反，它位于多个服务的前端充当一个智能路由或者集群的入口点。

你可以使用 Ingress 做很多不同的事情，并且不同类型的 Ingress 控制也具备不同的能力。

GKE 默认的 Ingress 控制器将启动一个 HTTP(S) 的负载均衡器。则将使我们可以基于访问路径和子域名将流量路由到后端服务。例如，你可以将 `foo.yourdomain.com` 下的流量转发到 foo 服务，将 `yourdomain.com/bar/` 路径下的流量转发到 bar 服务。

感谢 Ahmet Alp Balkan提供图表

在 GKE 上定义 L7层 HTTP 负载均衡器的 Ingress 对象定义的 YAML 看起来像这样：

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

name: my-ingress

spec:

backend:

serviceName: other

servicePort: 8080

rules:

- host: foo.mydomain.com

http:

paths:

- backend:

serviceName: foo

servicePort: 8080

- host: mydomain.com

http:

paths:

- path: /bar/*

backend:

serviceName: bar

servicePort: 8080

何时使用这种方式？

Ingress 方式可能是暴露服务的最强大的方式，但也最复杂。现在有不同类型的 Ingress 控制器，包括 Google 云 负载均衡器（注6）, Nginx（注7）, Contour（注8）, Istio（注9）等。此外，还有 Ingress 控制器的许多插件，比如 cert-manager（注10）可以用来自动为服务提供 SSL 证书。

如果希望在同一个IP地址下暴露多个服务，并且它们都使用相同的 L7 协议（通常是HTTP），则 Ingress 方式最有用。 如果使用本地 GCP 集成，则只需支付一台负载平衡器费用，并且是“智能”性 Ingress ，可以获得许多开箱即用的功能（如SSL，Auth，路由等）。

资源：

Kubernetes：https://medium.com/tag/kubernetes?source=post

Microservices：https://medium.com/tag/microservices?source=post

Services：https://medium.com/tag/services?source=post

Load Balancing：https://medium.com/tag/load-balancing?source=post

Ingress：https://medium.com/tag/ingress?source=post

注

1、https://cloud.google.com/gke

2、https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/

3、https://medium.com/@ahmetb

4、(https://medium.com/@thockin)

5、https://cloud.google.com/compute/docs/load-balancing/network/

6、https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/tutorials/http-balancer

7、https://github.com/kubernetes/ingress-nginx

8、https://github.com/heptio/contour

9、https://istio.io/docs/tasks/traffic-management/ingress.html

10、https://github.com/jetstack/cert-manager