Kubernetes 集群外部的 HTTP/HTTPS 请求是如何达到 Pod 中的 container 的？

HTTP 请求流转过程概述

如上图所示，全过程大致为：

1. 1. 用户从 web/mobile/pc 等客户端发出 HTTP/HTTPS 请求。

2. 2. 由于应用服务通常是通过域名的形式对外暴露，所以请求将会先进行 DNS 域名解析，得到对应的公网 IP 地址。

3. 3. 公网 IP 地址通常会绑定一个 Load Balancer 负载均衡器，此时请求会进入此负载均衡器。

• • Load Balancer 负载均衡器可以是硬件，也可以是软件，它通常会保持稳定（固定的公网 IP 地址），因为如果切换 IP 地址会因为 DNS 缓存的原因导致服务某段时间内不可达。

• • Load Balancer 负载均衡器是一个重要的中间层，对外承接公网流量，对内进行流量的管理和转发。

• • ingress 负责集群内部的路由转发，可以看成是集群内部的网关。

• • ingress 只是配置，具体进行流量转发的是 ingress-controller，后者有多种选择，比如 Nginx、HAProxy、Traefik、Kong 等等。

• • 比如根据请求的 path 路径或 host 做转发。

• • service 有多种类型，集群内部最常用的类型就是 ClusterIP。

• • service 本质上也只是一种配置，这种配置最终会作用到 node 节点上的 kube-proxy 组件，后者会通过设置 iptables/ipvs 来完成实际的请求转发。

• • service 可能会对应多个 pod，但最终请求只会被随机转发到一个 pod 上。

• • 同一个 pod 内部可能有多个 container，但是多个容器不能共用同一个端口，因此这里会根据具体的端口号将请求发给对应的 container。

以上就是一种典型的集群外部 HTTP 请求如何达到 Pod 中的 container 的全过程。

需要注意的是，由于网络配置灵活多变，以上请求流转过程并不是唯一的方式，例如：

• • 如果你使用的是云服务，那么可以通过使用 LoadBalancer 类型的 service 直接绑定一个云服务商提供的负载均衡器，然后再接 ingress 或者其它 service。

• • 你也可以通过 NodePort 类型的 service 直接使用节点上的端口，通过这些节点自建负载均衡器。

• • 如果你的服务特别简单，没啥内部流量需要管理的，这时不用 ingress 也是可以的。

容器技术的底座

容器技术的底座有三样东西：

• • Namespace（这里是指 Linux 系统内核的命名空间）

• • Cgroups

• • UnionFS

正是 Linux 内核的 namespace 实现了资源的隔离。因为每个 pod 有各自的 Linux namespace，所以不同的 pod 是资源隔离的。namespace 有多种，包括 PID、IPC、Network、Mount、Time 等等。其中 PID namespace 实现了进程的隔离，因此 pod 内可以有自己的 1 号进程。而 Network namespace 则让每个 pod 有了自己的网络。

Pod 有自己的网络，node 节点也有自己的网络，那么流量是如何从 node 节点到 pod 的呢？

HTTP 请求流转过程补充

每个 node 节点上都有：

• • kubelet：节点的小管家。

• • kube-proxy：操作节点的 iptables/ipvs 。

• • plugins:

• • CRI：容器运行时接口

• • CNI：容器网络接口

• • CSI（可选）：容器存储接口

每个 node 节点有自己的 root namespace，其中也包括网络相关的 root netns，每个 pod 有自己的 pod netns，从 node 到 pod 则可以通过 veth pairs 的方式连通，流量也正是通过此通道进行的流转。而构建 veth pairs、设置 pod network namespace、为 pod 分配 IP 地址等等工作则正是 CNI 的任务。

至此，一个典型的 kubernetes 集群外部的 HTTP/HTTPS 请求如何达到 Pod 中的 container 的全过程就是这样了。

参考资料：

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

• • https://learnk8s.io/kubernetes-network-packets