理解 K8s Gateway API：Kubernetes 网关核心概念解析 – wiki词典

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理解 K8s Gateway API：Kubernetes 网关核心概念解析

随着微服务架构的普及和 Kubernetes 成为云原生世界的基石，集群内部和外部的流量管理变得日益复杂。传统的 Ingress API 虽然解决了基本的 HTTP/HTTPS 路由问题，但在面对高级流量控制、多协议支持和职责分离等场景时显得力不从心。K8s Gateway API 正是为了解决这些痛点而诞生，它被视为 Kubernetes 流量管理的下一代标准。

为什么选择 Gateway API？超越 Ingress 的能力

K8s Gateway API 的设计目标旨在提供一个更强大、更灵活且更具可扩展性的流量管理框架，相较于 Ingress 具有显著优势：

  1. 面向角色 (Role-Oriented)：Gateway API 清晰地划分了不同角色的职责，避免了 Ingress 中权限混淆的问题：

    • 基础设施提供者 (Infrastructure Provider)：负责底层网络设施。
    • 集群操作员 (Cluster Operator)：部署和管理 Gateway 资源，定义集群的入口点和监听配置。
    • 应用开发者 (Application Developer)：独立管理 Route 资源，定义其服务的具体路由规则，无需干涉底层网络配置。
      这种职责分离极大地提升了协作效率和安全性。

  2. 可移植性 (Portable)：作为 Kubernetes 官方项目，Gateway API 是一个通用规范，得到众多控制器实现的支持（如 Envoy Gateway, NGINX Gateway Fabric, Traefik 等）。这意味着用户可以在不同的 Kubernetes 环境中保持一致的流量管理体验，减少供应商锁定。

  3. 表达力 (Expressive)：Gateway API 内置了对高级路由功能的支持，如基于请求头、路径、查询参数的匹配，流量加权（用于金丝雀发布或 A/B 测试），以及 URL 重写等。这些功能在 Ingress 中通常需要依赖于供应商特定的注解才能实现，Gateway API 将其标准化为 API 的核心部分。

  4. 可扩展性 (Extensible)：API 允许在不同层级进行自定义资源的链接，为未来的高级功能和定制化需求提供了强大的扩展点。

  5. 多协议支持 (Multi-protocol Support)：与主要支持 HTTP/HTTPS 的 Ingress 不同，Gateway API 原生支持 HTTP、HTTPS、TCP、UDP，甚至 gRPC 等多种协议，使其成为更全面的流量管理解决方案。

核心概念与资源解析

Gateway API 通过一系列自定义资源定义 (CRDs) 协同工作，共同管理集群流量：

  1. GatewayClass：

    • 这是一个集群作用域的资源，类似于 StorageClass 定义存储提供商的能力。
    • 它定义了一类共享相同行为或配置的 Gateway。每个 GatewayClass 都由一个特定的控制器实现提供（例如，envoy-gateway-class 或 nginx-gateway-class）。
    • 操作员通过选择合适的 GatewayClass 来指定其 Gateway 将由哪个实现来处理。

  2. Gateway：

    • Gateway 资源代表集群中的一个网络入口点或负载均衡器实例。它可以是云服务提供商的负载均衡器，也可以是集群内部的代理服务。
    • 它定义了流量应该在哪里监听（例如，端口、协议）以及如何暴露这些监听器（例如，绑定到哪个 GatewayClass）。
    • 一个 Gateway 可以承载多个 Route 资源，将外部流量路由到集群内部的服务。

  3. Route 资源：
    Route 资源定义了协议特定的规则，用于将来自 Gateway 的流量映射到后端服务。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 HTTP/HTTPS 流量。它支持复杂的匹配规则，例如：
      • 基于主机名 (Host) 的路由：Host("example.com")
      • 基于路径 (Path) 的路由：/api/v1
      • 基于请求头 (Header) 的匹配：Header("version", "v2")
      • 流量加权 (Weighted Traffic Splitting)：将一部分流量发送到新版本服务，实现金丝雀发布。
    • TCPRoute, UDPRoute, TLSRoute, GRPCRoute：分别用于管理 TCP、UDP、TLS (SNI) 和 gRPC 流量。
      Route 资源可以部署在不同的命名空间中，并可以安全地引用其他命名空间中的 Gateway，从而实现跨命名空间的路由和多租户环境。

  4. ReferenceGrant：

    • 这是一个安全机制，允许 Route 资源安全地引用其他命名空间中的资源（如 Gateway 或 Service）。
    • 它明确授权跨命名空间的引用关系，防止未经授权的 Route 意外或恶意地劫持流量。

K8s Gateway API 与“API 网关”的区别

需要注意的是，K8s Gateway API 并非传统意义上的“API 网关产品”。K8s Gateway API 是一套 Kubernetes 原生的 API 规范（CRDs 集合），它定义了如何在 Kubernetes 中配置流量入口和路由规则。而“API 网关”通常指的是一个功能丰富的反向代理，提供鉴权、限流、请求转换、熔断等更高级的业务逻辑功能，它可能是一个独立的产品或服务组件。K8s Gateway API 提供了一个框架，让各种 API 网关产品能够以标准化的方式在 Kubernetes 中集成和部署，从而实现这些高级功能。

总结

K8s Gateway API 代表了 Kubernetes 流量管理的未来方向。通过其面向角色的设计、强大的表达力、多协议支持和良好的可扩展性，它克服了传统 Ingress 的局限性，为复杂的云原生应用提供了更精细、更安全的流量控制能力。理解并掌握 Gateway API 的核心概念，对于在 Kubernetes 中构建和管理高性能、高可用的微服务架构至关重要。

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