Ingress multi-cluster

Ingress multi-cluster è un controller ospitato sul cloud per i cluster Google Kubernetes Engine (GKE). Si tratta di un servizio ospitato da Google che supporta il deployment di risorse di bilanciamento del carico condivise tra cluster e regioni. Per eseguire il deployment di Ingress multi-cluster su più cluster, completa la configurazione di Ingress multi-cluster quindi consulta Eseguire il 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

Molteplici fattori determinano le topologie multi-cluster, tra cui la vicinanza degli utenti per le app, l'alta disponibilità a livello di cluster e regionale, la separazione di sicurezza e organizzativa, la migrazione dei cluster e la localizzazione dei dati. Questi casi d'uso sono raramente isolati. Con l'aumento dei motivi per cui utilizzare più cluster, la necessità di una piattaforma multi-cluster formale e commercializzata diventa più urgente.

Ingress multi-cluster è progettato per soddisfare le esigenze di bilanciamento del carico degli ambienti multi-cluster e multi-regionali. Si tratta di un controller per il bilanciatore del carico HTTP(S) esterno per fornire l'ingresso per il traffico proveniente da internet su uno o più cluster.

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

  • Un singolo IP virtuale (VIP) coerente per un'app, indipendentemente da dove viene eseguita la distribuzione dell'app a livello globale.
  • Disponibilità multiregionale e multi-cluster tramite controllo dell'integrità e failover del traffico.
  • Routing basato sulla prossimità tramite VIP anycast pubblici per una bassa latenza del client.
  • Migrazione trasparente del cluster per upgrade o ricostruzioni del cluster.

Quote predefinite

Ingress multi-cluster ha le seguenti quote predefinite:

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

Prezzi e prove

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

Come funziona Ingress multi-cluster

Ingress multi-cluster si basa sull'architettura del bilanciatore del carico delle applicazioni esterno globale. Il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno globale è un bilanciatore del carico distribuito a livello globale con proxy di cui è stato eseguito il deployment in oltre 100 punti di presenza (POP) Google in tutto il mondo. Questi proxy, chiamati Google Front End (GFE), si trovano sul perimetro della rete di Google, vicino ai client. Ingress multi-cluster crea bilanciatori del carico delle applicazioni esterni nel livello Premium. Questi bilanciatori del carico utilizzano indirizzi IP esterni globali pubblicizzati tramite anycast. Le richieste vengono gestite dai GFE e dal cluster più vicino al client. Il traffico internet viene inviato al POP Google più vicino e utilizza la rete backbone di Google per raggiungere un cluster GKE. Questa configurazione di bilanciamento del carico comporta una latenza inferiore dal client al GFE. Puoi anche ridurre la latenza tra il servizio in cluster GKE e i GFE eseguendo i cluster GKE nelle regioni più vicine ai tuoi clienti.

L'interruzione delle connessioni HTTP e HTTPS all'edge 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. In questo modo, il traffico segue il percorso più efficiente dal client al backend, tenendo conto dell'integrità e della capacità dei backend.

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

Flusso di traffico di Ingress multi-cluster

Quando esegui il deployment di applicazioni nei 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 di corrispondenza corrette.
  • Il processo di un pod si arresta in modo anomalo e non supera il controllo di integrità.
  • Un cluster viene rimosso dal pool di backend.

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

Architettura di Ingress multi-cluster

Ingress multi-cluster utilizza un server API Kubernetes centralizzato per eseguire il deployment di Ingress su 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 personalizzate: MultiClusterIngress e MultiClusterService. Se esegui 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 costituiscono Ingress multi-cluster:

  • Controller Ingress multi-cluster: si tratta di un piano di controllo distribuito a livello globale che viene eseguito come servizio esterno ai cluster. In questo modo, il ciclo di vita e le operazioni del controller sono indipendenti dai cluster GKE.

  • Cluster di configurazione: si tratta di un cluster GKE scelto in esecuzione su Google Cloud dove vengono dipistate le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService. Si tratta di 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 i cluster GKE in modo logico, semplificando l'amministrazione dell'infrastruttura e consentendo l'utilizzo di funzionalità multi-cluster come Ingress multi-cluster. Per scoprire di più sui vantaggi dei parchi risorse e su come crearli, consulta la documentazione sulla gestione dei parchi risorse. Un cluster può essere membro di un solo parco.

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

Architettura di Ingress multi-cluster

Flusso di lavoro di deployment

I passaggi riportati di seguito illustrano un flusso di lavoro di alto livello per l'utilizzo di Ingress multi-cluster su più cluster.

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

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

  3. Esegui il deployment delle applicazioni nei cluster GKE in cui 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 considerati backend per un determinato servizio. In questo modo vengono creati NEG in Compute Engine, che iniziano 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. Vengono di conseguenza implementate le risorse del bilanciatore del carico esterno di Compute Engine ed esposti gli endpoint nei cluster tramite un singolo VIP del bilanciatore del carico.

Concetti di Ingress

Ingress multi-cluster utilizza un server API Kubernetes centralizzato per eseguire il deployment di Ingress su più cluster. Le sezioni seguenti descrivono il modello di risorsa Ingress multi-cluster, come eseguire il deployment di Ingress e i concetti importanti per la gestione di questo piano di controllo di rete ad alta disponibilità.

Risorse MultiClusterService

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

Un MultiClusterService esiste solo nel cluster di configurazione e non instrada nulla come un servizio ClusterIP, LoadBalancer o NodePort. Al contrario, consente al controller Ingress multi-cluster di fare riferimento a una singola risorsa distribuita.

Il seguente 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 membri con il selettore app: foo. Se in questo cluster esistono pod app: foo, gli 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. In ogni cluster di destinazione esisteranno un servizio e un NEG derivati per ogni MultiClusterService (a meno che non vengano utilizzati i selettori di cluster). Se in un cluster di destinazione non esistono pod corrispondenti, i valori Service e NEG saranno vuoti. I servizi derivati sono gestiti completamente da MultiClusterService e non 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 raggruppare logicamente gli endpoint come backend per Ingress multi-cluster.
  • Gestisce il ciclo di vita del gruppo di istanze Elastic per un determinato cluster e un'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 ne gestisce il ciclo di vita.

Risorsa MultiClusterIngress

Una risorsa MultiClusterIngress si comporta in modo identico in molti modi alla risorsa Ingress di base. Entrambi hanno la stessa specifica per la definizione di host, percorsi, terminazione del protocollo e backend.

Il seguente manifest descrive un MultiClusterIngress che indirizza il traffico ai backend foo e bar in base alle intestazioni 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 inviandolo alle risorse MultiClusterService denominate foo e bar. Questo MultiClusterIngress ha un backend predefinito che corrisponde a tutto l'altro traffico e lo invia al backend predefinito MultiClusterService.

Il seguente diagramma mostra il flusso del traffico da un Ingress a un cluster:

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

Risorse Ingress in più cluster

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

Ugualitá dello spazio dei nomi

L'identità dello spazio dei nomi è una proprietà dei cluster Kubernetes in cui uno spazio dei nomi si estende su più 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'identità dello spazio dei nomi considera lo spazio dei nomi blue 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'identità 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 come lo stesso servizio.

La porta di accesso tratta il servizio come un unico pool di endpoint nei tre cluster. Poiché le risorse Route e MultiClusterIngress possono indirizzare solo ai servizi all'interno dello stesso spazio dei nomi, questo garantisce la multitenancy coerente della configurazione in tutti i cluster del parco risorse. I fleet offrono un elevato grado di portabilità, poiché le risorse possono essere implementate o spostate tra i cluster senza alcuna modifica alla loro configurazione. Il deployment nello stesso spazio dei nomi del parco risorse garantisce la coerenza tra i cluster.

Tieni presente i seguenti principi di progettazione per l'identità dello spazio dei nomi:

  • Gli spazi dei nomi per scopi diversi non devono avere lo stesso nome nei diversi cluster.
  • Gli spazi dei nomi devono essere riservati in modo esplicito, allocando uno spazio dei nomi, o implicitamente, tramite criteri out-of-band, 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.
  • L'autorizzazione utente per gli spazi dei nomi nei vari cluster deve essere strettamente controllata per impedire l'accesso non autorizzato.
  • Non devi utilizzare lo spazio dei nomi predefinito o spazi dei nomi generici come "prod" o "dev" per il normale deployment delle applicazioni. È troppo facile per gli utenti eseguire il deployment delle risorse nello spazio dei nomi predefinito per errore e violare i principi di segmentazione degli spazi dei nomi.
  • Lo stesso spazio dei nomi deve essere creato nei cluster in cui un determinato team o gruppo di utenti deve implementare le risorse.

Progettazione del cluster di configurazione

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

Configura la disponibilità del cluster

Poiché il cluster di configurazione è un unico 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 da questi 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 sarà di nuovo disponibile.

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

  • Il cluster di configurazione deve essere scelto in modo che sia altamente disponibile. I cluster regionali sono preferiti rispetto ai cluster zonali.
  • Per abilitare Ingress multi-cluster, il cluster di configurazione non deve essere un cluster dedicato. Il cluster di configurazione può ospitare carichi di lavoro amministrativi o anche di applicazioni, ma devi assicurarti che le applicazioni ospitate non influiscano sulla disponibilità del server API del cluster di configurazione. Il cluster di configurazione può essere un cluster di destinazione che ospita i backend per le risorse MultiClusterService, anche se, se sono necessarie precauzioni aggiuntive, il cluster di configurazione può anche essere escluso come backend tramite la selezione del cluster.
  • I cluster di configurazione devono avere tutti gli spazi dei nomi utilizzati dai backend del cluster di destinazione. Una risorsa MultiClusterService può fare riferimento solo ai pod nello stesso spazio dei nomi tra i cluster, pertanto lo spazio dei nomi deve essere presente nel cluster di configurazione.
  • Gli utenti che eseguono il deployment di Ingress su più cluster devono avere accesso al cluster di configurazione per eseguire il deployment delle risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService. Tuttavia, gli utenti devono avere accesso solo agli spazi dei nomi di cui hanno l'autorizzazione all'utilizzo.

Selezione e migrazione del cluster di configurazione

Devi scegliere il cluster di configurazione quando attivi Ingress multi-cluster. Qualsiasi cluster dell'appartenenza di un parco risorse può essere selezionato come cluster di configurazione. Puoi aggiornare il cluster config in qualsiasi momento, ma devi assicurarti che non causi interruzione. Il controller Ingress riconcilia le risorse esistenti nel cluster di configurazione. Quando esegui la migrazione del cluster di configurazione dal cluster corrente a quello successivo, le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService devono essere identiche. Se le risorse non sono identiche, i bilanciatori del carico Compute Engine potrebbero essere aggiornati o eliminati dopo l'aggiornamento del cluster di configurazione.

Il seguente diagramma mostra come un sistema CI/CD centralizzato applichi sempre 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 nei due cluster. Puoi modificare il cluster di configurazione per emergenze o per i tempi di riposo pianificati in qualsiasi momento senza alcun impatto perché le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService sono identiche.

Selezione del cluster

Le risorse MultiClusterService possono essere selezionate in più 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 file manifest MultiClusterService.

Potresti voler definire un elenco di cluster se devi:

  • Isola il cluster di configurazione per impedire la selezione delle risorse MultiClusterService nel cluster di configurazione.
  • Controlla il traffico tra i cluster per la migrazione delle applicazioni.
  • Instradamento ai backend delle applicazioni esistenti solo in un sottoinsieme di cluster.
  • Utilizza un singolo indirizzo IP virtuale HTTP(S) per l'instradamento ai backend che si trovano su cluster diversi.

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

Per scoprire come configurare la selezione dei cluster, consulta Configurazione di Ingress multi-cluster.

Il seguente 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 contengono pod con l'etichetta app: foo.

Il seguente diagramma mostra un esempio di configurazione di MultiClusterService che utilizza 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 esistono pod con etichette corrispondenti, perché il cluster non è incluso nell'elenco del manifest spec.clusters. Il cluster non riceve traffico per manutenzioni o altre operazioni.

Passaggi successivi