Kubernetes 集群外部的 HTTP/HTTPS 請求是如何達到 Pod 中的 container 的？

HTTP 請求流轉過程概述

如上圖所示，全過程大致為：

(1) 用戶從 web/mobile/pc 等客戶端發出 HTTP/HTTPS 請求。

(2) 由于應用服務通常是通過域名的形式對外暴露，所以請求將會先進行 DNS 域名解析，得到對應的公網 IP 地址。

(3) 公網 IP 地址通常會綁定一個 Load Balancer 負載均衡器，此時請求會進入此負載均衡器。

• Load Balancer 負載均衡器可以是硬件，也可以是軟件，它通常會保持穩定（固定的公網 IP 地址），因為如果切換 IP 地址會因為 DNS 緩存的原因導致服務某段時間內不可達。
• Load Balancer 負載均衡器是一個重要的中間層，對外承接公網流量，對內進行流量的管理和轉發。

(4) Load Balancer 再將請求轉發到 kubernetes 集群的某個流量入口點，通常是 ingress。

• ingress 負責集群內部的路由轉發，可以看成是集群內部的網關。
• ingress 只是配置，具體進行流量轉發的是 ingress-controller，后者有多種選擇，比如 Nginx、HAProxy、Traefik、Kong 等等。

(5)  ingress 根據用戶自定義的路由規則進一步轉發到 service。

• 比如根據請求的 path 路徑或 host 做轉發。

(6) service 根據 selector（匹配 label 標簽）將請求轉發到 pod。

• service 有多種類型，集群內部最常用的類型就是 ClusterIP。
• service 本質上也只是一種配置，這種配置最終會作用到 node 節點上的 kube-proxy 組件，后者會通過設置 iptables/ipvs 來完成實際的請求轉發。
• service 可能會對應多個 pod，但最終請求只會被隨機轉發到一個 pod 上。

(7) pod 最后將請求發送給其中的 container 容器。

同一個 pod 內部可能有多個 container，但是多個容器不能共用同一個端口，因此這里會根據具體的端口號將請求發給對應的 container。

以上就是一種典型的集群外部 HTTP 請求如何達到 Pod 中的 container 的全過程。

需要注意的是，由于網絡配置靈活多變，以上請求流轉過程并不是唯一的方式，例如：

如果你使用的是云服務，那么可以通過使用 LoadBalancer 類型的 service 直接綁定一個云服務商提供的負載均衡器，然后再接 ingress 或者其它 service。

你也可以通過 NodePort 類型的 service 直接使用節點上的端口，通過這些節點自建負載均衡器。

如果你的服務特別簡單，沒啥內部流量需要管理的，這時不用 ingress 也是可以的。

容器技術的底座

容器技術的底座有三樣東西：

• Namespace（這里是指 Linux 系統內核的命名空間）
• Cgroups
• UnionFS

正是 Linux 內核的 namespace 實現了資源的隔離。因為每個 pod 有各自的 Linux namespace，所以不同的 pod 是資源隔離的。namespace 有多種，包括 PID、IPC、Network、Mount、Time 等等。其中 PID namespace 實現了進程的隔離，因此 pod 內可以有自己的 1 號進程。而 Network namespace 則讓每個 pod 有了自己的網絡。

Pod 有自己的網絡，node 節點也有自己的網絡，那么流量是如何從 node 節點到 pod 的呢？

HTTP 請求流轉過程補充

每個 node 節點上都有：

(1)kubelet：節點的小管家。

(2)kube-proxy：操作節點的 iptables/ipvs 。

(3)plugins:

• CRI：容器運行時接口
• CNI：容器網絡接口
• CSI（可選）：容器存儲接口

每個 node 節點有自己的 root namespace，其中也包括網絡相關的 root netns，每個 pod 有自己的 pod netns，從 node 到 pod 則可以通過 veth pairs 的方式連通，流量也正是通過此通道進行的流轉。而構建 veth pairs、設置 pod network namespace、為 pod 分配 IP 地址等等工作則正是 CNI 的任務。

至此，一個典型的 kubernetes 集群外部的 HTTP/HTTPS 請求如何達到 Pod 中的 container 的全過程就是這樣了。

參考資料：

• https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/
• https://learnk8s.io/kubernetes-network-packets