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 Deployment di Ingress su 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 (bilanciatore del carico e gruppi di endpoint di rete autonomi), consulta Scegliere l'API di bilanciamento del carico multi-cluster per GKE.

Networking multi-cluster

Molti fattori determinano le topologie multicluster, tra cui la vicinanza degli utenti per le app, l'alta disponibilità di cluster e regioni, la separazione organizzativa e di sicurezza, la migrazione dei cluster e la località dei dati. Questi casi d'uso sono raramente isolati. Man mano che i motivi per utilizzare più cluster aumentano, diventa più urgente la necessità di una piattaforma multicluster formale e commercializzata.

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 l'ingresso per il traffico proveniente 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 viene implementata a livello globale.
  • Disponibilità multiregionale e multicluster tramite il controllo dell'integrità e il 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 dei membri per i parchi risorse, consulta le quote di 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 risorse MultiClusterService in un cluster di configurazione per un numero qualsiasi di cluster di backend fino al massimo di cluster per progetto.

Prezzi e prove

Per informazioni sui prezzi di Ingress multi-cluster, consulta la sezione 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) di Google in tutto il mondo. Questi proxy, chiamati Google Front End (GFE), si trovano al limite della rete di Google, in una posizione vicina 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 indirizzato al POP di Google più vicino e utilizza la rete backbone di Google per raggiungere un cluster GKE. Questa configurazione del bilanciamento del carico comporta una latenza inferiore dal client al GFE. Puoi anche ridurre la latenza tra i cluster GKE di serving e i GFE eseguendo i cluster GKE nelle regioni più vicine ai tuoi client.

L'interruzione delle connessioni HTTP e HTTPS perimetrali 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 ha 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 del bilanciatore del carico di 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 Google disponga del giusto insieme di backend integri.

Flusso di traffico di Ingress multi-cluster

Quando esegui il deployment delle 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 termina 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 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 personalizzate: MultiClusterIngress e MultiClusterService. Se esegui il deployment di queste risorse sul 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 control plane distribuito a livello globale che viene eseguito come servizio al di fuori dei cluster. Ciò consente il ciclo di vita e le operazioni del controller di essere indipendenti dai cluster GKE.

  • Cluster di configurazione: si tratta di un cluster GKE scelto in esecuzione su Google Cloud dove vengono sottoposte a deployment 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 una singola API logica per mantenere la coerenza in tutti i cluster. Il controller Ingress monitora il cluster di configurazione e riconcilia l'infrastruttura di bilanciamento del carico.

  • Un parco risorse consente di raggruppare e normalizzare logicamente i cluster GKE, semplificando l'amministrazione dell'infrastruttura e consentendo l'utilizzo di funzionalità multi-cluster come Ingress multi-cluster. Puoi scoprire di più sui vantaggi dei parchi risorse e su come crearli nella documentazione sulla gestione dei parchi risorse. Un cluster può essere membro di una sola flotta.

  • 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 Ingress multi-cluster è a conoscenza. La visualizzazione di gestione dei cluster Google Kubernetes Engine fornisce una console sicura per visualizzare lo stato di tutti i cluster registrati.

Architettura di Ingress multi-cluster

Flusso di lavoro di deployment

I seguenti passaggi 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 che hai scelto.

  2. Configura un cluster GKE come cluster di configurazione centrale. Questo cluster può essere un control plane 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, spazi dei nomi e pod considerati backend per un determinato servizio. Vengono creati 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. Vengono implementate le risorse del bilanciatore del carico esterno di Compute Engine e gli endpoint vengono esposti 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 a disponibilità elevata.

Risorse MultiClusterService

Un MultiClusterService è una risorsa personalizzata utilizzata da Ingress multi-cluster per rappresentare la condivisione di servizi tra cluster. Una risorsa MultiClusterService seleziona i pod, in modo simile alla risorsa Service, ma una risorsa MultiClusterService può selezionare anche etichette e cluster. Il pool di cluster tra cui MultiClusterService seleziona 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 il routing come un servizio ClusterIP, LoadBalancer o NodePort. Consente invece 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 quel 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 esisterà un servizio e un NEG derivati per ogni MultiClusterService (a meno che non vengano utilizzati selettori di cluster). Se non esistono pod corrispondenti in un cluster di destinazione, il servizio e il NEG saranno vuoti. I servizi derivati sono gestiti interamente 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 NEG per un determinato cluster e una determinata 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 aspetti 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 a seconda delle 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 corrisponde al traffico verso l'indirizzo IP virtuale su foo.example.com e bar.example.com inviando questo 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 il flusso di traffico da un Ingress a un cluster:

Nel diagramma sono presenti due cluster: gke-us e gke-eu. Il traffico va 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 che corrispondono ai selettori di etichette MultiClusterService ha anche un servizio derivato corrispondente pianificato. Se un cluster non viene selezionato esplicitamente da un MultiClusterService, in quel cluster non viene creato un servizio derivato corrispondente.

Uguaglianza dello spazio dei nomi

L'identicità 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'identicità dello spazio dei nomi considera lo spazio dei nomi blue come lo stesso 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 Service con lo stesso nome in più cluster nello spazio dei nomi blue sono considerate lo stesso servizio.

Il gateway considera il servizio come un unico pool di endpoint nei tre cluster. Poiché le risorse Route e MultiClusterIngress possono eseguire il routing solo ai servizi all'interno dello stesso spazio dei nomi, ciò fornisce un multitenancy coerente per la 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 modifiche alla 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 cluster.
  • Gli spazi dei nomi devono essere riservati in modo esplicito, allocando uno spazio dei nomi, o implicito, tramite criteri out-of-band, per i team e i cluster all'interno di un parco risorse.
  • Gli spazi dei nomi con lo stesso scopo nei vari cluster devono condividere lo stesso nome.
  • L'autorizzazione utente per gli spazi dei nomi nei cluster deve essere controllata rigidamente 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 in tutti i cluster in cui un determinato team o gruppo di utenti deve eseguire il deployment delle risorse.

Configurazione della progettazione del cluster

Il cluster di configurazione Ingress multi-cluster è un singolo cluster GKE che ospita le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService e funge da punto di controllo unico per Ingress nell'intera flotta 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.

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 del 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 a disponibilità elevata. I cluster regionali sono preferibili ai cluster a livello di zona.
  • 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 persino applicativi, anche se devi assicurarti che le applicazioni ospitate non influenzino la 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 dei cluster di destinazione. Una risorsa MultiClusterService può fare riferimento solo ai pod nello stesso spazio dei nomi nei 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 delle risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService. Tuttavia, gli utenti devono avere accesso solo agli spazi dei nomi che hanno l'autorizzazione a utilizzare.

Selezionare ed eseguire la 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 fare attenzione a non causare interruzioni. Il controller Ingress riconcilierà le risorse esistenti nel cluster di configurazione. Quando esegui 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 Compute Engine potrebbero essere aggiornati o eliminati dopo l'aggiornamento del cluster di configurazione.

Il seguente diagramma mostra come 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 nei due cluster. Puoi modificare il cluster di configurazione per emergenze o tempi di inattività pianificati in qualsiasi momento senza alcun impatto perché le risorse MultiClusterIngress e MultiClusterService sono identiche.

Selezione del cluster

MultiClusterService risorse possono essere selezionate tra i cluster. Per impostazione predefinita, il controller pianifica un servizio derivato su ogni cluster di destinazione. Se non vuoi un servizio derivato in ogni cluster di destinazione, puoi definire un elenco di cluster utilizzando il campo spec.clusters nel 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.
  • Esegui il routing ai backend delle applicazioni che esistono solo in un sottoinsieme di cluster.
  • Utilizza un singolo indirizzo IP virtuale HTTP(S) per il routing ai backend che si trovano su cluster diversi.

Devi assicurarti che i cluster 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 l'articolo 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 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 dei manifest spec.clusters. Il cluster non riceve traffico per la manutenzione o altre operazioni.

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