K8s Gateway API：下一代Kubernetes流量管理利器 – wiki词典

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K8s Gateway API：下一代Kubernetes流量管理利器

在云原生时代，Kubernetes 已成为容器编排的事实标准。随着微服务架构的普及，如何高效、灵活地管理进出 Kubernetes 集群的流量，成为了一个核心挑战。传统的 Ingress API 在初期发挥了重要作用，但随着业务复杂度的提升，其局限性日益凸显。正是在这样的背景下，Kubernetes Gateway API 应运而生，被社区寄予厚望，有望成为下一代 Kubernetes 流量管理的核心利器。

Ingress 的局限性：为何需要新一代 API？

Ingress API 最初设计用于管理集群外部的 HTTP/HTTPS 流量路由，简单易用。然而，在面对日益复杂的云原生场景时，它暴露出以下痛点：

  1. 功能受限：Ingress 原生仅支持 HTTP/HTTPS 协议，对于 TCP、UDP、TLS Passthrough 或 gRPC 等非 HTTP 流量的支持非常有限，通常需要依赖特定 Ingress 控制器的扩展能力。
  2. 注解泛滥：为了实现蓝绿部署、A/B 测试、流量拆分、请求重写、重定向等高级路由功能，Ingress 严重依赖于供应商特定的注解。这导致配置繁琐、可移植性差，不同 Ingress 控制器之间的配置难以复用，增加了运维成本。
  3. 角色分离不足：Ingress 资源往往由一个团队（如开发团队或平台团队）统一管理，缺乏清晰的角色划分。基础设施提供者、集群操作员和应用程序开发人员之间的职责边界模糊，容易造成权限混乱和协作效率低下。
  4. 多租户支持欠佳：在多租户或多团队共享集群的环境中，Ingress 难以实现细粒度的访问控制和隔离，限制了其在复杂场景下的应用。

这些局限性促使 Kubernetes 社区重新思考流量管理的最佳实践，并最终催生了 Gateway API。

Gateway API：面向未来设计的流量管理标准

Gateway API 的设计目标是提供一个更加强大、灵活、可扩展且符合云原生最佳实践的流量管理解决方案，它通过引入一系列新概念和资源来解决 Ingress 的不足。

核心特性与优势

  1. 面向角色 (Role-Oriented)：Gateway API 是其最核心的设计理念之一。它将流量管理职责清晰地划分为三个主要角色，每个角色管理其专属的 API 资源，极大地提升了协作效率和安全性：

    • 基础设施提供者 (Infrastructure Provider)：负责提供底层的网络基础设施，通常通过实现 GatewayClass 来定义 Gateway 的类型和能力。
    • 集群操作员 (Cluster Operator)：负责部署和管理 Gateway 资源，配置监听器、端口和协议，将其连接到实际的网络基础设施，并确保服务的可用性。
    • 应用程序开发人员 (Application Developer)：负责定义其应用程序的流量路由规则，通过 Route 资源（如 HTTPRoute）将请求导向后端服务。

  2. 可移植性 (Portable)：Gateway API 提供了一套标准的、通用的资源对象和使用模式，旨在确保配置在不同 Gateway 控制器和云环境之间的高度可移植性，从而减少供应商锁定。

  3. 表达能力强 (Expressive)：Gateway API 原生支持更丰富的流量路由场景和高级功能，无需依赖大量注解。例如，它能轻松实现基于 Header、Query 参数的匹配、流量加权、请求重写、重定向、故障注入、镜像流量等，使得流量管理策略更加精细和灵活。

  4. 可扩展性 (Extensible)：Gateway API 提供了强大的扩展模型，允许在 API 的不同层级嵌入自定义资源，以集成特定功能（如认证、鉴权、速率限制等），而无需修改核心 API 定义，保持了 API 的简洁性。

  5. 多协议支持：除了全面支持 HTTP/HTTPS，Gateway API 还原生支持 TCP、UDP、TLS 和 gRPC 等多种协议的流量管理，极大地扩展了其应用范围，使其能够处理更广泛的网络流量类型。

  6. 跨命名空间路由与访问控制：通过 ReferenceGrant 资源，Gateway API 能够实现跨命名空间的流量路由，并提供细粒度的访问控制，这对于构建复杂的多租户或多团队微服务架构至关重要。

  7. 统一南北向与东西向流量：Gateway API 的设计目标是不仅能够管理来自集群外部（南北向）的流量，还能有效地支持集群内部（东西向）服务间的通信，甚至可以与服务网格（Service Mesh）进行深度集成，提供统一的流量管理平面。

核心资源详解

Gateway API 主要由以下核心资源对象组成：

  • GatewayClass：由基础设施提供者定义，用于描述 Gateway 控制器的实现类型和能力。例如，一个 GatewayClass 可能表示一个由 NGINX 实现的 Gateway，或一个由云服务商提供的负载均衡器。

  • Gateway：由集群操作员部署和管理，代表一个具体的流量入口点或网络设备实例（如负载均衡器、代理）。它定义了监听器（Listeners），包括端口、协议（HTTP、HTTPS、TCP、UDP 等）、TLS 配置等，用于接收和处理传入流量。

  • Route 资源：由应用程序开发人员使用，定义了将流量从 Gateway 监听器路由到后端服务的具体规则。Gateway API 提供了多种 Route 类型来满足不同的协议需求：

    • HTTPRoute：最常用的路由类型，用于管理 HTTP/HTTPS 流量。它支持基于主机名、路径、Header、Query 参数等进行复杂的匹配和路由策略。
    • GRPCRoute：专为 gRPC 服务设计的路由类型，支持基于 gRPC 方法、Header 等进行匹配。
    • TCPRoute：用于管理 TCP 流量的路由。
    • UDPRoute：用于管理 UDP 流量的路由。
    • TLSRoute：用于管理 TLS Passthrough 流量的路由。

这些资源协同工作，共同构建了一个分层、职责明确的流量管理体系，使得不同角色的团队能够专注于各自的职责，降低了系统复杂性。

未来展望

K8s Gateway API 作为一个由 Kubernetes SIG-Network 社区积极推动和维护的项目，正处于快速发展和完善之中。许多主流的 Ingress 控制器（如 NGINX Ingress Controller, Contour, Traefik）和服务网格（如 Istio, Linkerd）已经宣布或正在积极地集成和支持 Gateway API。

随着其功能的不断成熟和社区的广泛采纳，Gateway API 有望彻底取代传统的 Ingress API，成为 Kubernetes 环境中流量管理的标准和未来。它为构建更加健壮、可扩展和易于管理的云原生应用网络提供了坚实的基础。对于任何希望提升 Kubernetes 流量管理能力的企业和开发者而言，深入了解和采纳 Gateway API 都是一个明智的选择。

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