Ingress multi-cluster

Ingress multi-cluster è un controller ospitato nel cloud per i cluster Google Kubernetes Engine (GKE). È un servizio ospitato da Google che supporta il deployment di risorse di bilanciamento del carico condivise nei cluster e tra regioni. Per eseguire il deployment di Ingress multi-cluster su più cluster, completa Impostazione di Ingress multi-cluster, poi consulta Deployment di Ingress in più cluster.

Per un confronto dettagliato tra Ingress multi-cluster (MCI), gateway multi-cluster (MCG) e bilanciatore del carico con gruppi di endpoint di rete autonomi (LB e NEG autonomi), consulta Scegliere l'API di bilanciamento del carico multi-cluster per GKE.

Networking multi-cluster

Sono molti i fattori che determinano le topologie multi-cluster, tra cui la vicinanza degli utenti per le app, l'alta disponibilità di cluster e regioni, la sicurezza e la separazione dell'organizzazione, la migrazione dei cluster e la località dei dati. Questi casi d'uso sono raramente isolati. Con l'aumento dei motivi alla base di più cluster, diventa sempre più urgente la necessità di una piattaforma multi-cluster formale e prodottizzata.

Ingress multi-cluster è progettato per soddisfare le esigenze di bilanciamento del carico di ambienti multi-cluster e multiregionali. È un controller per il bilanciatore del carico HTTP(S) esterno per fornire il traffico in entrata da internet in uno o più cluster.

Il supporto multi-cluster di Ingress multi-cluster soddisfa molti casi d'uso, tra cui:

  • Un unico IP virtuale (VIP) coerente per un'app, indipendentemente da dove è stato eseguito il deployment dell'app a livello globale.
  • Disponibilità multiregionale e multi-cluster tramite controllo di integrità e failover del traffico.
  • Instradamento basato su prossimità attraverso VIP Anycast pubblici per una bassa latenza del client.
  • Migrazione trasparente dei cluster per upgrade o rigenerazioni dei cluster.

Quote predefinite

Ingress multi-cluster ha le seguenti quote predefinite:

  • Per maggiori dettagli sui limiti dei membri per i parchi risorse, consulta le quote di gestione del parco risorse per conoscere il numero di membri supportati in un parco risorse.
  • 100 risorse MultiClusterIngress e 100 MultiClusterService risorse per progetto. Puoi creare fino a 100 MultiClusterIngress e 100 MultiClusterService risorse in un cluster di configurazione per un numero qualsiasi di cluster di backend fino al cluster massimo per progetto.

Prezzi e prove

Per ulteriori informazioni sui prezzi di Ingress multi-cluster, consulta Prezzi di Ingress multi-cluster.

Come funziona Ingress multi-cluster

La funzionalità Ingress multi-cluster si basa sull'architettura dell'Application Load Balancer esterno globale. L'Application Load Balancer esterno globale è un bilanciatore del carico distribuito a livello globale con proxy di cui è stato eseguito il deployment in oltre 100 POP di Google in tutto il mondo. Questi proxy, denominati GFE (Google Front End), si trovano sul perimetro della rete Google e sono vicini ai client. Ingress multi-cluster crea bilanciatori del carico delle applicazioni esterni nel livello Premium. Questi bilanciatori del carico usano indirizzi IP esterni globali pubblicizzati tramite anycast. Le richieste vengono gestite dai GFE e dal cluster più vicino al client. Il traffico internet va al PoP di Google più vicino e utilizza il backbone di Google per raggiungere un cluster GKE. Questa configurazione di bilanciamento del carico si traduce in una minore latenza dal client al GFE. Puoi anche ridurre la latenza tra la gestione dei cluster GKE e dei GFE eseguendo i cluster GKE nelle regioni più vicine ai tuoi client.

La terminazione delle connessioni HTTP e HTTPS a livello perimetrale consente al bilanciatore del carico Google di decidere dove instradare il traffico determinando la disponibilità del backend prima che il traffico entri in un data center o in una regione. Ciò fornisce al traffico il percorso più efficiente dal client al backend, tenendo in considerazione l'integrità e la capacità dei backend.

Ingress multi-cluster è un controller Ingress che programma il bilanciatore del carico HTTP(S) esterno utilizzando gruppi di endpoint di rete (NEG). Quando crei una risorsa MultiClusterIngress, GKE esegue il deployment delle risorse del bilanciatore del carico di Compute Engine e configura i pod appropriati nei cluster come backend. I NEG vengono utilizzati per tracciare dinamicamente gli endpoint dei pod in modo che il bilanciatore del carico di Google disponga del set corretto di backend integri.

Flusso di traffico Ingress multi-cluster

Quando esegui il deployment delle applicazioni nei vari cluster in GKE, Ingress multi-cluster garantisce che il bilanciatore del carico sia sincronizzato con gli eventi che si verificano nel cluster:

  • Viene creato un deployment con le etichette corrispondenti corrette.
  • Il processo di un pod muore e non supera il controllo di integrità.
  • Un cluster viene rimosso dal pool dei backend.

Ingress multi-cluster aggiorna il bilanciatore del carico, mantenendolo coerente con l'ambiente e lo stato desiderato delle risorse Kubernetes.

Architettura Ingress multi-cluster

Ingress multi-cluster utilizza un server API Kubernetes centralizzato per eseguire il deployment di Ingress in più cluster. Questo server API centralizzato è chiamato cluster di configurazione. Qualsiasi cluster GKE può fungere da cluster di configurazione. Il cluster di configurazione utilizza due tipi di risorse personalizzati: MultiClusterIngress e MultiClusterService. Eseguendo il deployment di queste risorse nel cluster di configurazione, il controller Ingress multi-cluster esegue il deployment dei bilanciatori del carico in più cluster.

I seguenti concetti e componenti compongono Ingress multi-cluster:

  • Controller Ingress multi-cluster - Si tratta di un piano di controllo distribuito a livello globale che viene eseguito come servizio al di fuori dei tuoi cluster. In questo modo il ciclo di vita e le operazioni del controller sono indipendenti dai cluster GKE.

  • Cluster di configurazione: è un cluster GKE scelto in esecuzione su Google Cloud in cui viene eseguito il deployment delle risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService. Questo è un punto di controllo centralizzato per queste risorse multi-cluster. Queste risorse multi-cluster esistono e sono accessibili da un'unica API logica per mantenere la coerenza in tutti i cluster. Il controller Ingress controlla il cluster di configurazione e riconcilia l'infrastruttura di bilanciamento del carico.

  • Un parco risorse ti consente di raggruppare e normalizzare logicamente i cluster GKE, semplificando l'amministrazione dell'infrastruttura e consentendo l'uso di funzionalità multi-cluster come Ingress multi-cluster. Per saperne di più sui vantaggi dei parchi risorse e su come crearli, consulta la documentazione sulla gestione del parco risorse. Un cluster può essere membro di un solo parco risorse.

  • Cluster di membri: i cluster registrati in un parco risorse sono chiamati cluster membri. I cluster membri nel parco risorse comprendono l'ambito completo dei backend di cui Ingress multi-cluster è a conoscenza. La vista della gestione dei cluster di Google Kubernetes Engine offre una console sicura per visualizzare lo stato di tutti i cluster registrati.

Arco Ingress multi-cluster

Flusso di lavoro del deployment

I passaggi seguenti illustrano un flusso di lavoro di alto livello per l'utilizzo di Ingress multi-cluster in più cluster.

  1. Registra i cluster GKE in un parco risorse nel progetto scelto.

  2. Configurare un cluster GKE come cluster di configurazione centrale. Questo cluster può essere un piano di controllo dedicato oppure può eseguire altri carichi di lavoro.

  3. Eseguire il deployment delle applicazioni nei cluster GKE dove devono essere eseguite.

  4. Esegui il deployment di una o più risorse MultiClusterService nel cluster di configurazione con corrispondenze di etichette e cluster per selezionare cluster, spazio dei nomi e pod che sono considerati backend per un determinato servizio. Questo crea NEG in Compute Engine, che inizia a registrare e gestire gli endpoint di servizio.

  5. Esegui il deployment di una risorsa MultiClusterIngress nel cluster di configurazione che fa riferimento a una o più risorse MultiClusterService come backend per il bilanciatore del carico. Questa operazione esegue il deployment delle risorse del bilanciatore del carico esterno di Compute Engine ed espone gli endpoint in tutti i cluster tramite un singolo VIP del bilanciatore del carico.

Concetti di Ingress

La funzionalità Ingress multi-cluster utilizza un server API Kubernetes centralizzato per eseguire il deployment di Ingress in più cluster. Le seguenti sezioni descrivono il modello di risorse Ingress multi-cluster, le modalità di deployment di Ingress e i concetti importanti per gestire questo piano di controllo di rete ad alta disponibilità.

Risorse MultiClusterService

Un MultiClusterService è una risorsa personalizzata utilizzata da Ingress multi-cluster per rappresentare i servizi di condivisione tra cluster. Una risorsa MultiClusterService seleziona i pod, in modo simile alla risorsa Servizio, ma un MultiClusterService può anche selezionare etichette e cluster. Il pool di cluster selezionato da MultiClusterService è chiamato cluster membri. Tutti i cluster registrati nel parco risorse sono cluster membri.

Un MultiClusterService esiste solo nel cluster di configurazione e non esegue alcun routing come fa un servizio ClusterIP, LoadBalancer o NodePort. Consente invece al controller Ingress multi-cluster di fare riferimento a una singola risorsa distribuita.

Il seguente file manifest di esempio descrive un MultiClusterService per un'applicazione denominata foo:

apiVersion: networking.gke.io/v1
kind: MultiClusterService
metadata:
  name: foo
  namespace: blue
spec:
  template:
    spec:
      selector:
        app: foo
      ports:
      - name: web
        protocol: TCP
        port: 80
        targetPort: 80

Questo manifest esegue il deployment di un servizio in tutti i cluster membro con il selettore app: foo. Se nel cluster esistono pod app: foo, questi indirizzi IP dei pod vengono aggiunti come backend per MultiClusterIngress.

Il seguente mci-zone1-svc-j726y6p1lilewtu7 è un servizio derivato generato in uno dei cluster di destinazione. Questo servizio crea un NEG che monitora gli endpoint dei pod per tutti i pod che corrispondono al selettore di etichette specificato in questo cluster. Esisteranno un servizio e un NEG derivati in ogni cluster di destinazione per ogni MultiClusterService (a meno che non vengano utilizzati i selettori di cluster). Se in un cluster di destinazione non esistono pod corrispondenti, il servizio e il NEG saranno vuoti. I servizi derrivati sono gestiti completamente da MultiClusterService e non sono gestiti direttamente dagli utenti.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  annotations:
    cloud.google.com/neg: '{"exposed_ports":{"8080":{}}}'
    cloud.google.com/neg-status: '{"network_endpoint_groups":{"8080":"k8s1-a6b112b6-default-mci-zone1-svc-j726y6p1lilewt-808-e86163b5"},"zones":["us-central1-a"]}'
    networking.gke.io/multiclusterservice-parent: '{"Namespace":"default","Name":"zone1"}'
  name: mci-zone1-svc-j726y6p1lilewtu7
  namespace: blue
spec:
  selector:
    app: foo
  ports:
  - name: web
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80

Alcune note sul servizio derivato:

  • La sua funzione è quella di raggruppamento logico di endpoint come backend per Ingress multi-cluster.
  • Gestisce il ciclo di vita del NEG per un determinato cluster e applicazione.
  • Viene creato come servizio headless. Tieni presente che solo i campi Selector e Ports vengono trasferiti da MultiClusterService al servizio derivato.
  • Il controller Ingress gestisce il proprio ciclo di vita.

Risorsa MultiClusterIngress

Una risorsa MultiClusterIngress si comporta in modo identico per molti modi rispetto alla risorsa principale Ingress. Entrambi hanno le stesse specifiche per la definizione di host, percorsi, terminazione del protocollo e backend.

Il seguente manifest descrive un MultiClusterIngress che instrada il traffico ai backend foo e bar in base alle intestazioni dell'host HTTP:

apiVersion: networking.gke.io/v1
kind: MultiClusterIngress
metadata:
  name: foobar-ingress
  namespace: blue
spec:
  template:
    spec:
      backend:
        serviceName: default-backend
        servicePort: 80
      rules:
      - host: foo.example.com
        backend:
          serviceName: foo
          servicePort: 80
      - host: bar.example.com
        backend:
          serviceName: bar
          servicePort: 80

Questa risorsa MultiClusterIngress associa il traffico all'indirizzo IP virtuale su foo.example.com e bar.example.com inviando il traffico alle risorse MultiClusterService denominate foo e bar. Questo MultiClusterIngress ha un backend predefinito che corrisponde a tutto il resto del traffico e lo invia al backend predefinito MultiClusterService.

Il seguente diagramma mostra come il traffico passa da una risorsa Ingress a un cluster:

Nel diagramma sono presenti due cluster, gke-us e gke-eu. Il traffico passa da foo.example.com ai pod con l'etichetta app:foo in entrambi i cluster. Da bar.example.com, il traffico passa ai pod con l'etichetta app:bar in entrambi i cluster.

Risorse in entrata nei cluster

Il cluster di configurazione è l'unico che può avere MultiClusterIngress e MultiClusterService risorse. Ogni cluster di destinazione che ha pod che corrispondono ai selettori di etichette MultiClusterService hanno anche un servizio derivato corrispondente pianificato. Se un cluster non viene selezionato esplicitamente da un MultiClusterService, non viene creato un servizio derivato corrispondente in quel cluster.

Identicità dello spazio dei nomi

L'uguaglianza dello spazio dei nomi è una proprietà dei cluster Kubernetes in cui uno spazio dei nomi si estende a tutti i cluster ed è considerato lo stesso spazio dei nomi.

Nel seguente diagramma, lo spazio dei nomi blue esiste nei cluster GKE gke-cfg, gke-eu e gke-us. L'identicità dello spazio dei nomi considera lo spazio dei nomi blue come uguale in tutti i cluster. Ciò significa che un utente ha gli stessi privilegi per le risorse nello spazio dei nomi blue in ogni cluster. L'identicità dello spazio dei nomi significa anche che le risorse di servizio con lo stesso nome in più cluster nello spazio dei nomi blue sono considerate lo stesso servizio.

Il gateway tratta il servizio come un unico pool di endpoint tra i tre cluster. Poiché le route e le risorse MultiClusterIngress possono instradare servizi solo all'interno dello stesso spazio dei nomi, offre un'architettura multi-tenancy coerente per la configurazione in tutti i cluster del parco risorse. I parchi risorse offrono un elevato grado di portabilità poiché è possibile eseguire il deployment delle risorse o spostarle tra i cluster senza modificare la configurazione. Il deployment nello stesso spazio dei nomi del parco risorse garantisce la coerenza tra i cluster.

Considera i seguenti principi di progettazione per l'identicità dello spazio dei nomi:

  • Gli spazi dei nomi per scopi diversi non devono avere lo stesso nome tra i cluster.
  • Gli spazi dei nomi devono essere riservati esplicitamente, allocando uno spazio dei nomi o implicitamente, tramite criteri fuori banda, per i team e i cluster all'interno di un parco risorse.
  • Gli spazi dei nomi per lo stesso scopo nei vari cluster devono avere lo stesso nome.
  • Le autorizzazioni degli utenti per gli spazi dei nomi tra i cluster devono essere strettamente controllate per impedire accessi non autorizzati.
  • Non utilizzare lo spazio dei nomi predefinito o spazi dei nomi generici come "prod" o "dev" per il normale deployment dell'applicazione. È troppo facile per gli utenti eseguire accidentalmente il deployment di risorse nello spazio dei nomi predefinito e violare i principi di segmentazione degli spazi dei nomi.
  • È necessario creare lo stesso spazio dei nomi nei cluster ovunque un determinato team o gruppo di utenti debba eseguire il deployment delle risorse.

Progettazione del cluster di configurazione

Il cluster di configurazione Ingress multi-cluster è un singolo cluster GKE che ospita le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService e funge da unico punto di controllo per Ingress nel parco risorse di cluster GKE di destinazione. Scegli il cluster di configurazione quando abiliti Ingress multi-cluster. Puoi scegliere qualsiasi cluster GKE come cluster di configurazione e modificarlo in qualsiasi momento.

Disponibilità del cluster di configurazione

Poiché il cluster di configurazione è un singolo punto di controllo, le risorse Ingress multi-cluster non possono essere create o aggiornate se l'API del cluster di configurazione non è disponibile. I bilanciatori di carico e il traffico gestito non saranno interessati da un'interruzione del cluster di configurazione, ma le modifiche alle risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService non verranno riconciliate dal controller finché non saranno nuovamente disponibili.

Considera i seguenti principi di progettazione per i cluster di configurazione:

  • Il cluster di configurazione deve essere scelto in modo che sia ad alta disponibilità. I cluster a livello di regione sono da preferire rispetto a quelli a livello di zona.
  • Per abilitare Ingress multi-cluster, il cluster di configurazione non deve essere dedicato. Il cluster di configurazione può ospitare carichi di lavoro amministrativi o anche delle applicazioni, ma devi assicurarti che le applicazioni in hosting non influiscano sulla disponibilità del server API del cluster di configurazione. Il cluster di configurazione può essere un cluster di destinazione che ospita backend per le risorse MultiClusterService, ma se sono necessarie ulteriori precauzioni, il cluster di configurazione può essere escluso come backend mediante la selezione del cluster.
  • I cluster di configurazione devono avere tutti gli spazi dei nomi utilizzati dai backend dei cluster di destinazione. Una risorsa MultiClusterService può fare riferimento solo a pod nello stesso spazio dei nomi tra cluster, quindi lo spazio dei nomi deve essere presente nel cluster di configurazione.
  • Gli utenti che eseguono il deployment di Ingress in più cluster devono avere accesso al cluster di configurazione per eseguire il deployment di MultiClusterIngress e MultiClusterService risorse. Tuttavia, gli utenti devono avere accesso solo agli spazi dei nomi che possono utilizzare.

Selezione e migrazione del cluster di configurazione

Devi scegliere il cluster di configurazione quando abiliti Ingress multi-cluster. Qualsiasi cluster membro di un parco risorse può essere selezionato come cluster di configurazione. Puoi aggiornare il cluster di configurazione in qualsiasi momento, ma devi assicurarti che non causi interruzioni. Il controller Ingress riconcilia le risorse presenti nel cluster di configurazione. Durante la migrazione del cluster di configurazione da quello attuale a quello successivo, le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService devono essere identiche. Se le risorse non sono identiche, i bilanciatori del carico di Compute Engine possono essere aggiornati o eliminati dopo l'aggiornamento del cluster di configurazione.

Il seguente diagramma mostra in che modo un sistema CI/CD centralizzato applica le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService al server API GKE per il cluster di configurazione (gke-us) e un cluster di backup (gke-eu) in modo che le risorse siano identiche tra i due cluster. Puoi modificare il cluster di configurazione per le emergenze o i tempi di inattività pianificati in qualsiasi momento senza alcun impatto, perché le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService sono identiche.

Selezione del cluster

MultiClusterService risorse possono selezionare tra i cluster. Per impostazione predefinita, il controller pianifica un servizio derivato su ogni cluster di destinazione. Se non vuoi un servizio derivato su ogni cluster di destinazione, puoi definire un elenco di cluster utilizzando il campo spec.clusters nel manifest MultiClusterService.

Ti consigliamo di definire un elenco di cluster se hai bisogno di:

  • Isola il cluster di configurazione per impedire a MultiClusterService risorse di selezionare nel cluster di configurazione.
  • Controlla il traffico tra i cluster per la migrazione delle applicazioni.
  • Instrada i backend dell'applicazione che esistono solo in un sottoinsieme di cluster.
  • Utilizza un singolo indirizzo IP virtuale HTTP(S) per il routing ai backend che risiedono su cluster diversi.

Devi assicurarti che i cluster dei membri all'interno dello stesso parco risorse e della stessa regione abbiano nomi univoci per evitare conflitti di denominazione.

Per scoprire come configurare la selezione del cluster, consulta Configurare Ingress multi-cluster.

Il seguente file manifest descrive un MultiClusterService con un campo clusters che fa riferimento a europe-west1-c/gke-eu e asia-northeast1-a/gke-asia:

apiVersion: networking.gke.io/v1
kind: MultiClusterService
metadata:
  name: foo
  namespace: blue
spec:
  template:
    spec:
      selector:
        app: foo
      ports:
      - name: web
        protocol: TCP
        port: 80
        targetPort: 80
  clusters:
  - link: "europe-west1-c/gke-eu"
  - link: "asia-northeast1-a/gke-asia-1"

Questo manifest specifica che i pod con le etichette corrispondenti nei cluster gke-asia e gke-eu possono essere inclusi come backend per MultiClusterIngress. Tutti gli altri cluster vengono esclusi anche se hanno pod con l'etichetta app: foo.

Il seguente diagramma mostra un esempio di configurazione di MultiClusterService utilizzando il manifest precedente:

Nel diagramma sono presenti tre cluster: gke-eu, gke-asia-1 e gke-asia-2. Il cluster gke-asia-2 non è incluso come backend, anche se sono presenti pod con etichette corrispondenti, perché il cluster non è incluso nell'elenco spec.clusters del file manifest. Il cluster non riceve traffico per la manutenzione o per altre operazioni.

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