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Kubernetes外部服务发现-Traefik

前面我们学习了在 Kubernetes 集群内部使用 coredns 实现服务发现的功能，那么我们部署在 Kubernetes 集群中的应用如何暴露给外部的用户使用呢？我们知道前面我们使用 NodePort 和 LoadBlancer 类型的 Service 可以实现把应用暴露给外部用户使用，除此之外，Kubernetes 还为我们提供了一个非常重要的资源对象可以用来暴露服务给外部用户，那就是 ingress。对于小规模的应用我们使用 NodePort 或许能够满足我们的需求，但是当你的应用越来越多的时候，你就会发现对于 NodePort 的管理就非常麻烦了，这个时候使用 ingress 就非常方便了，可以避免管理大量的 Port。

1、什么是Ingress

Ingress其实就是从 kuberenets 集群外部访问集群的一个入口，将外部的请求转发到集群内不同的 Service 上，其实就相当于 nginx、haproxy 等负载均衡代理服务器，有的同学可能觉得我们直接使用 nginx 就实现了，但是只使用 nginx 这种方式有很大缺陷，每次有新服务加入的时候怎么改 Nginx 配置？不可能让我们去手动更改或者滚动更新前端的 Nginx Pod 吧？那我们再加上一个服务发现的工具比如 consul 如何？好像是可以，而且在之前单独使用 docker 的时候，这种方式已经使用得很普遍了，Ingress 实际上就是这样实现的，只是服务发现的功能自己实现了，不需要使用第三方的服务了，然后再加上一个域名规则定义，路由信息的刷新需要一个靠 Ingress controller 来提供。 Ingress controller 可以理解为一个监听器，通过不断地与 kube-apiserver 打交道，实时的感知后端 service、pod 的变化，当得到这些变化信息后，Ingress controller 再结合 Ingress 的配置，更新反向代理负载均衡器，达到服务发现的作用。其实这点和服务发现工具 consul consul-template 非常类似。 现在可以供大家使用的 Ingress controller 有很多，比如 traefik、nginx-controller、Kubernetes Ingress Controller for Kong、HAProxy Ingress controller，当然你也可以自己实现一个 Ingress Controller，现在普遍用得较多的是 traefik 和 nginx-controller，traefik 的性能较 nginx-controller 差，但是配置使用要简单许多，我们这里会以更简单的 traefik 为例给大家介绍 ingress 的使用。

2、Traefik

Traefik 是一个开源的可以使服务发布变得轻松有趣的边缘路由器。它负责接收你系统的请求，然后使用合适的组件来对这些请求进行处理。除了众多的功能之外，Traefik 的与众不同之处还在于它会自动发现适合你服务的配置。当 Traefik 在检查你的服务时，会找到服务的相关信息并找到合适的服务来满足对应的请求。Traefik 兼容所有主流的集群技术，比如 Kubernetes，Docker，Docker Swarm，AWS，Mesos，Marathon，等等；并且可以同时处理多种方式。（甚至可以用于在裸机上运行的比较旧的软件。）

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使用 Traefik，不需要维护或者同步一个独立的配置文件：因为一切都会自动配置，实时操作的（无需重新启动，不会中断连接）。使用 Traefik，你可以花更多的时间在系统的开发和新功能上面，而不是在配置和维护工作状态上面花费大量时间。

3、Traefik核心概念

Traefik 是一个边缘路由器，是你整个平台的大门，拦截并路由每个传入的请求：它知道所有的逻辑和规则，这些规则确定哪些服务处理哪些请求；传统的反向代理需要一个配置文件，其中包含路由到你服务的所有可能路由，而 Traefik 会实时检测服务并自动更新路由规则，可以自动服务发现。

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首先，当启动 Traefik 时，需要定义 entrypoints（入口点），然后，根据连接到这些 entrypoints 的路由来分析传入的请求，来查看他们是否与一组规则相匹配，如果匹配，则路由可能会将请求通过一系列中间件转换过后再转发到你的服务上去。在了解 Traefik 之前有几个核心概念我们必须要了解：

  • Providers 用来自动发现平台上的服务，可以是编排工具、容器引擎或者 key-value 存储等，比如 Docker、Kubernetes、File；
  • Entrypoints 监听传入的流量（端口等…），是网络入口点，它们定义了接收请求的端口（HTTP 或者 TCP）；
  • Routers 分析请求（host, path, headers, SSL, …），负责将传入请求连接到可以处理这些请求的服务上去；
  • Services 将请求转发给你的应用（load balancing, …），负责配置如何获取最终将处理传入请求的实际服务；
  • Middlewares 中间件，用来修改请求或者根据请求来做出一些判断（authentication, rate limiting, headers, …），中间件被附件到路由上，是一种在请求发送到你的服务之前（或者在服务的响应发送到客户端之前）调整请求的一种方法。

4、Traefik安装

由于 Traefik 2.X 版本和之前的 1.X 版本不兼容，我们这里选择功能更加强大的 2.X 版本来和大家进行讲解，我们这里使用的镜像是 traefik:2.1。在 Traefik 中的配置可以使用两种不同的方式：

  • 动态配置：完全动态的路由配置
  • 静态配置：启动配置

静态配置：静态配置中的元素（这些元素不会经常更改）连接到 providers 并定义 Treafik 将要监听的 entrypoints。

注：在 Traefik 中有三种方式定义静态配置：在配置文件中、在命令行参数中、通过环境变量传递。

动态配置：动态配置包含定义系统如何处理请求的所有配置内容，这些配置是可以改变的，而且是无缝热更新的，没有任何请求中断或连接损耗。

创建 CRD 资源

在 traefik v2.1 版本后，开始使用 CRD（Custom Resource Definition）来完成路由配置等，所以我们需要提前创建 CRD 资源。Traefik 通过扩展 CRD 的方式来扩展 Ingress 的功能，除了默认的用 Secret 的方式可以支持应用的 HTTPS 之外，还支持自动生成 HTTPS 证书。我们直接创建 Traefik CRD 资源（traefik-crd.yaml）：

## Ingress
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: ingressroutes.traefik.containo.us
spec:
  scope: Namespaced
  group: traefik.containo.us
  version: v1alpha1
  names:
    kind: IngressRoute
    plural: ingressroutes
    singular: ingressroute
---
## IngressRouteTCP
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: ingressroutetcps.traefik.containo.us
spec:
  scope: Namespaced
  group: traefik.containo.us
  version: v1alpha1
  names:
    kind: IngressRouteTCP
    plural: ingressroutetcps
    singular: ingressroutetcp
---
## Middleware
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: middlewares.traefik.containo.us
spec:
  scope: Namespaced
  group: traefik.containo.us
  version: v1alpha1
  names:
    kind: Middleware
    plural: middlewares
    singular: middleware
---
## TLSOption
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: tlsoptions.traefik.containo.us
spec:
  scope: Namespaced
  group: traefik.containo.us
  version: v1alpha1
  names:
    kind: TLSOption
    plural: tlsoptions
    singular: tlsoption
---
## TraefikService
apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: traefikservices.traefik.containo.us
spec:
  scope: Namespaced
  group: traefik.containo.us
  version: v1alpha1
  names:
    kind: TraefikService
    plural: traefikservices
    singular: traefikservice

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创建 RBAC 权限

Kubernetes 在 1.6 版本中引入了基于角色的访问控制（RBAC）策略，方便对 Kubernetes 资源和 API 进行细粒度控制。Traefik 需要一定的权限，所以这里提前创建好 Traefik ServiceAccount 并分配一定的权限。创建Traefik RBAC资源（traefik-rbac.yaml）并指定 NameSpace ：

kubectl apply -f traefik-rbac.yaml -n kube-system
## ServiceAccount
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  namespace: kube-system
  name: traefik-ingress-controller
---
## ClusterRole
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: traefik-ingress-controller
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["services","endpoints","secrets"]
    verbs: ["get","list","watch"]
  - apiGroups: ["extensions"]
    resources: ["ingresses"]
    verbs: ["get","list","watch"]
  - apiGroups: ["extensions"]
    resources: ["ingresses/status"]
    verbs: ["update"]
  - apiGroups: ["traefik.containo.us"]
    resources: ["middlewares"]
    verbs: ["get","list","watch"]
  - apiGroups: ["traefik.containo.us"]
    resources: ["ingressroutes"]
    verbs: ["get","list","watch"]
  - apiGroups: ["traefik.containo.us"]
    resources: ["ingressroutetcps"]
    verbs: ["get","list","watch"]
  - apiGroups: ["traefik.containo.us"]
    resources: ["tlsoptions"]
    verbs: ["get","list","watch"]
  - apiGroups: ["traefik.containo.us"]
    resources: ["traefikservices"]
    verbs: ["get","list","watch"]
---
## ClusterRoleBinding
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: traefik-ingress-controller
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: traefik-ingress-controller
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: traefik-ingress-controller
    namespace: kube-system

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创建 Traefik 配置文件

Traefik 配置很多，通过 CLI 定义不是很方便，一般时候选择将其配置选项放到配置文件中，然后存入 ConfigMap，将其挂入 traefik 中。这里我们直接创建ConfigMap（traefik-config.yaml），同样还是指定 NameSpace ：

kubectl apply -f traefik-config.yaml -n kube-system
kind: ConfigMap
apiVersion: v1
metadata:
  name: traefik-config
data:
  traefik.yaml: |-
    ping: ""                    ## 启用 Ping
    serversTransport:
      insecureSkipVerify: true  ## Traefik 忽略验证代理服务的 TLS 证书
    api:
      insecure: true            ## 允许 HTTP 方式访问 API
      dashboard: true           ## 启用 Dashboard
      debug: false              ## 启用 Debug 调试模式
    metrics:
      prometheus: ""            ## 配置 Prometheus 监控指标数据，并使用默认配置
    entryPoints:
      web:
        address: ":80"          ## 配置 80 端口，并设置入口名称为 web
      websecure:
        address: ":443"         ## 配置 443 端口，并设置入口名称为 websecure
    providers:
      kubernetesCRD: ""         ## 启用 Kubernetes CRD 方式来配置路由规则
      kubernetesIngress: ""     ## 启动 Kubernetes Ingress 方式来配置路由规则
    log:
      filePath: ""              ## 设置调试日志文件存储路径，如果为空则输出到控制台
      level: error              ## 设置调试日志级别
      format: json              ## 设置调试日志格式
    accessLog:
      filePath: ""              ## 设置访问日志文件存储路径，如果为空则输出到控制台
      format: json              ## 设置访问调试日志格式
      bufferingSize: 0          ## 设置访问日志缓存行数
      filters:
        #statusCodes: ["200"]   ## 设置只保留指定状态码范围内的访问日志
        retryAttempts: true     ## 设置代理访问重试失败时，保留访问日志
        minDuration: 20         ## 设置保留请求时间超过指定持续时间的访问日志
      fields:                   ## 设置访问日志中的字段是否保留（keep 保留、drop 不保留）
        defaultMode: keep       ## 设置默认保留访问日志字段
        names:                  ## 针对访问日志特别字段特别配置保留模式
          ClientUsername: drop  
        headers:                ## 设置 Header 中字段是否保留
          defaultMode: keep     ## 设置默认保留 Header 中字段
          names:                ## 针对 Header 中特别字段特别配置保留模式
            User-Agent: redact
            Authorization: drop
            Content-Type: keep

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节点Label标签设置

我们通过 Kubernetes DeamonSet 这种方式部署 Traefik，所以需要提前给节点设置 Label，这样当程序部署时 Pod 会自动调度到设置 Label 的节点上。

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: traefik-dashboard
spec:
  rules:
  - host: traefik.z0ukun.com
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: traefik
          servicePort: 8080

配置节点Label标签：

  • 格式：kubectl label nodes [节点名] [key=value]
kubectl label nodes k8s-node-2-12 IngressProxy=true

查看节点是否设置 Label 成功：

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注：如果想删除标签，可以使用 kubectl label nodes k8s-node-2-12 IngressProxy- 命令

Kubernetes 部署 Traefik

一样，用 DaemonSet 方式部署，便于在多服务器间扩展，用 hostport 方式占用服务器 80、443 端口，方便流量进入。创建 traefik 部署文件 （traefik-deploy.yaml）：

kubectl apply -f traefik-deploy.yaml -n kube-system

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: traefik
spec:
  ports:
    - name: web
      port: 80
    - name: websecure
      port: 443
    - name: admin
      port: 8080
  selector:
    app: traefik
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: traefik-ingress-controller
  labels:
    app: traefik
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: traefik
  template:
    metadata:
      name: traefik
      labels:
        app: traefik
    spec:
      serviceAccountName: traefik-ingress-controller
      terminationGracePeriodSeconds: 1
      containers:
        - image: traefik:v2.1   # 注意提前下载镜像
          name: traefik-ingress-lb
          ports:
            - name: web
              containerPort: 80
              hostPort: 80         ## 将容器端口绑定所在服务器的 80 端口
            - name: websecure
              containerPort: 443
              hostPort: 443        ## 将容器端口绑定所在服务器的 443 端口
            - name: admin
              containerPort: 8080  ## Traefik Dashboard 端口
          resources:
            limits:
              cpu: 2000m
              memory: 1024Mi
            requests:
              cpu: 1000m
              memory: 1024Mi
          securityContext:
            capabilities:
              drop:
                - ALL
              add:
                - NET_BIND_SERVICE
          args:
            - --configfile=/config/traefik.yaml
          volumeMounts:
            - mountPath: "/config"
              name: "config"
      volumes:
        - name: config
          configMap:
            name: traefik-config 
      tolerations:              ## 设置容忍所有污点，防止节点被设置污点
        - operator: "Exists"
      nodeSelector:             ## 设置node筛选器，在特定label的节点上启动
        IngressProxy: "true"

好了、到此 Traefik v2.1 应用已经部署完成。

5、配置Traefik 路由规则

配置 HTTP 路由规则 （Traefik Dashboard 为例）

Traefik 应用已经部署完成，但是想让外部访问 Kubernetes 内部服务，还需要配置路由规则，这里开启了 Traefik Dashboard 配置，所以首先配置 Traefik Dashboard 看板的路由规则，使外部能够访问 Traefik Dashboard。创建 Traefik Dashboard 路由规则文件 （traefik-dashboard-route.yaml）并创建 Traefik Dashboard 路由规则对象：

kubectl apply -f traefik-dashboard-route.yaml -n kube-system

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: traefik-dashboard
spec:
  rules:
  - host: traefik.z0ukun.com   # 指定域名（可自定义）
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: traefik
          servicePort: 8080

配置 Hosts

客户端想通过域名访问服务，必须要进行 DNS 解析，由于这里没有 DNS 服务器进行域名解析，所以修改 hosts 文件将 Traefik 指定节点的 IP 和自定义 host 绑定。打开电脑的 Hosts 配置文件，往其加入下面配置，我这里客户端用的是WIN10、我们直接修改hosts文件如下：

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配置完成后，打开浏览器输入地址：https://traefik.z0ukun.com 打开 Traefik Dashboard：

img

当然、Traefik还有很多功能：比如支持带TLS证书的TCP、支持简单TCP服务、支持流量复制、灰度发布、支持Middleware中间件等功能、后面我们继续详细介绍这些内容。

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