Kubernetes的三种外部访问方式：NodePort、LoadBalancer和Ingress
最近有些同学问我 NodePort，LoadBalancer 和 Ingress 之间的区别。它们都是将集群外部流量导入到集群内的方式，只是实现方式不同。让我们看一下它们分别是如何工作的，以及你该如何选择它们。
注意：这里说的每一点都基于Google Kubernetes Engine。如果你用 minikube 或其它工具，以预置型模式（om prem）运行在其它云上，对应的操作可能有点区别。我不会太深入技术细节，如果你有兴趣了解更多，官方文档[1]是一个非常棒的资源。
一、基础知识
1.1、ClusterIP
ClusterIP 服务是 Kubernetes 的默认服务。它给你一个集群内的服务，集群内的其它应用都可以访问该服务。集群外部无法访问它。
ClusterIP 服务的 YAML 文件类似如下：
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 从Internet 没法访问 ClusterIP 服务，那么我们为什么要讨论它呢？那是因为我们可以通过 Kubernetes 的 proxy 模式来访问该服务！
启动 Kubernetes proxy 模式：
- $ kubectl proxy --port=8080
这样你可以通过Kubernetes API，使用如下模式来访问这个服务：
- http://localhost:8080/api/v1/proxy/namespaces/<NAMESPACE>/services/<SERVICE-NAME>:<PORT-NAME>/
要访问我们上面定义的服务，你可以使用如下地址：
- http://localhost:8080/api/v1/proxy/namespaces/default/services/my-internal-service:http/
何时使用这种方式？
有一些场景下，你得使用 Kubernetes 的 proxy 模式来访问你的服务：
- 由于某些原因，你需要调试你的服务，或者需要直接通过笔记本电脑去访问它们。
- 允许内部通信，展示内部仪表盘等。
这种方式要求我们运行 kubectl 作为一个未认证的用户，因此我们不能用这种方式把服务暴露到 internet 或者在生产环境使用。
1.2、NodePort
NodePort 服务是引导外部流量到你的服务的最原始方式。NodePort，正如这个名字所示，在所有节点（虚拟机）上开放一个特定端口，任何发送到该端口的流量都被转发到对应服务。
NodePort 服务的 YAML 文件类似如下：
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
NodePort 服务主要有两点区别于普通的“ClusterIP”服务。第一，它的类型是“NodePort”。有一个额外的端口，称为 nodePort，它指定节点上开放的端口值 。如果你不指定这个端口，系统将选择一个随机端口。大多数时候我们应该让 Kubernetes 来选择端口，用户自己来选择可用端口代价太大。
何时使用这种方式？
- 这种方法有许多缺点：
- 每个端口只能是一种服务
- 端口范围只能是 30000-32767
如果节点/VM 的 IP 地址发生变化，你需要能处理这种情况
基于以上原因，我不建议在生产环境上用这种方式暴露服务。如果你运行的服务不要求一直可用，或者对成本比较敏感，你可以使用这种方法。这样的应用的最佳例子是 demo 应用，或者某些临时应用。
1.3、LoadBalancer
LoadBalancer 服务是暴露服务到 internet 的标准方式。在 GKE 上，这种方式会启动一个 Network Load Balancer[2]，它将给你一个单独的 IP 地址，转发所有流量到你的服务。
何时使用这种方式？
如果你想要直接暴露服务，这就是默认方式。所有通往你指定的端口的流量都会被转发到对应的服务。它没有过滤条件，没有路由等。这意味着你几乎可以发送任何种类的流量到该服务，像 HTTP，TCP，UDP，Websocket，gRPC 或其它任意种类。
这个方式的最大缺点是每一个用 LoadBalancer 暴露的服务都会有它自己的 IP 地址，每个用到的 LoadBalancer 都需要付费，这将是非常昂贵的。
1.4、Ingress
上篇文章介绍service时有说了暴露了service的三种方式ClusterIP、NodePort与LoadBalance，这几种方式都是在service的维度提供的，service的作用体现在两个方面，对集群内部，它不断跟踪pod的变化，更新endpoint中对应pod的对象，提供了ip不断变化的pod的服务发现机制，对集群外部，他类似负载均衡器，可以在集群内外部对pod进行访问。但是，单独用service暴露服务的方式，在实际生产环境中不太合适：
ClusterIP的方式只能在集群内部访问。
NodePort方式的话，测试环境使用还行，当有几十上百的服务在集群中运行时，NodePort的端口管理是灾难。
LoadBalance方式受限于云平台，且通常在云平台部署ELB还需要额外的费用。
所幸k8s还提供了一种集群维度暴露服务的方式，也就是ingress。ingress可以简单理解为service的service，他通过独立的ingress对象来制定请求转发的规则，把请求路由到一个或多个service中。这样就把服务与请求规则解耦了，可以从业务维度统一考虑业务的暴露，而不用为每个service单独考虑。
举个例子，现在集群有api、文件存储、前端3个service，可以通过一个ingress对象来实现图中的请求转发：
有别于以上所有例子，Ingress 事实上不是一种服务类型。相反，它处于多个服务的前端，扮演着“智能路由”或者集群入口的角色。
你可以用 Ingress 来做许多不同的事情，各种不同类型的 Ingress 控制器也有不同的能力。
GKE 上的默认 ingress 控制器是启动一个 HTTP(S) Load Balancer[3]。它允许你基于路径或者子域名来路由流量到后端服务。例如，你可以将任何发往域名 foo.yourdomain.com 的流量转到 foo 服务，将路径 yourdomain.com/bar/path 的流量转到 bar 服务。
GKE 上用 L7 HTTP Load Balancer[4]生成的 Ingress 对象的 YAML 文件类似如下：
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 可能是暴露服务的最强大方式，但同时也是最复杂的。Ingress 控制器有各种类型，包括 Google Cloud Load Balancer， Nginx，Contour，Istio，等等。它还有各种插件，比如 cert-manager[5]，它可以为你的服务自动提供 SSL 证书。
如果你想要使用同一个 IP 暴露多个服务，这些服务都是使用相同的七层协议（典型如 HTTP），那么Ingress 就是最有用的。如果你使用本地的 GCP 集成，你只需要为一个负载均衡器付费，且由于 Ingress是“智能”的，你还可以获取各种开箱即用的特性（比如 SSL、认证、路由等等）。
附录
https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/
https://cloud.google.com/compute/docs/load-balancing/network/
https://cloud.google.com/compute/docs/load-balancing/http/
https://github.com/jetstack/cert-manager
NGINX Ingress Controller Document
k8s ingress原理及ingress-nginx部署测试
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作者：杨兮臣