Kubernetes Ingress là gì? Cách hoạt động, cấu trúc và hướng dẫn triển khai chi tiết

Trong hệ thống Kubernetes, việc đưa ứng dụng ra bên ngoài luôn là một trong những bước quan trọng nhất. Đó là lí do Kubernetes Ingress trở thành giải pháp tối ưu để quản lý traffic vào cluster một cách linh hoạt, an toàn và tiết kiệm chi phí. Bài viết dưới đây Viettel IDC sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về Ingress, cách hoạt động, cấu trúc và những giá trị mà nó mang lại trong triển khai ứng dụng hiện đại.

Kubernetes Ingress là gì?

Kubernetes Ingress là một đối tượng cho phép bạn quản lý cách người dùng bên ngoài truy cập vào các dịch vụ bên trong cluster Kubernetes. Thay vì mở nhiều cổng, tạo nhiều LoadBalancer hay tự triển khai reverse proxy, bạn chỉ cần mô tả các quy tắc trong Ingress và Ingress Controller sẽ xử lý việc định tuyến traffic về đúng service.

Ingress hoạt động như một cổng trung tâm tiếp nhận các yêu cầu HTTP/HTTPS, từ đó phân phối đến các dịch vụ backend theo domain hoặc đường dẫn. Điều này giúp việc quản lý hệ thống đơn giản hơn rất nhiều, đặc biệt khi ứng dụng có nhiều microservices. Với Ingress, bạn chỉ cần một entry point duy nhất cho toàn bộ ứng dụng, đồng thời kiểm soát traffic một cách thống nhất.

Vì sao cần Kubernetes Ingress?

Trước khi có Ingress, hầu hết các ứng dụng Kubernetes sử dụng NodePort hoặc LoadBalancer để public service. Tuy nhiên, các phương pháp này không hiệu quả trong môi trường phức tạp hoặc khi có nhiều service. NodePort yêu cầu mở cổng ở mỗi node, khó quản lý và hạn chế về cổng. Tuy LoadBalancer tiện lợi nhưng chi phí rất cao vì mỗi service cần một load balancer riêng.

Ingress giải quyết các vấn đề này bằng cách tạo ra một layer định tuyến tập trung. Bạn có thể dùng một LoadBalancer duy nhất ở phía ngoài, sau đó tất cả traffic được điều hướng vào Ingress Controller. Từ đây controller sẽ phân tích domain, path và các rule được khai báo để chuyển traffic đến service mong muốn. Điều này giúp giảm chi phí, tăng tính linh hoạt và giúp hệ thống dễ mở rộng.

Cấu trúc của Kubernetes Ingress

Để hiểu Ingress vận hành như thế nào, trước tiên cần nắm rõ các thành phần trong cấu trúc của nó. Mỗi phần đảm nhiệm một vai trò quan trọng để traffic từ bên ngoài có thể đến đúng dịch vụ bên trong cluster.

Ingress Resource

Ingress Resource là đối tượng dạng YAML chứa toàn bộ cấu hình định tuyến, bao gồm domain, path, TLS và các rule. Đây là phần mà người dùng tạo ra trong Kubernetes. Ingress Resource chỉ chứa logic định tuyến, còn việc thực thi phụ thuộc vào Ingress Controller. Bạn có thể khai báo nhiều rule trong một ingress hoặc chia nhỏ theo từng ứng dụng tùy theo cách tổ chức.

Ingress Controller

Ingress Controller là bộ não xử lý traffic trong Kubernetes. Nó đọc các rule từ Ingress Resource và chuyển đổi thành cấu hình chạy trên reverse proxy như NGINX, HAProxy, Traefik hoặc Envoy. Ingress Controller cũng chịu trách nhiệm lắng nghe thay đổi trong cluster, cập nhật routing, quản lý SSL và thực thi các tính năng nâng cao. Nếu không có controller, Ingress Resource chỉ tồn tại trên lý thuyết và không hoạt động.

Backend Service

Backend Service là nơi Ingress gửi traffic đến sau khi xác định được rule phù hợp. Mỗi rule thường chỉ định một service backend, sau đó service này sẽ gửi traffic đến các Pod. Điều này giúp tách biệt tầng mạng bên ngoài và mạng nội bộ, tăng tính linh hoạt của ứng dụng. Backend có thể là API, web server hoặc bất kỳ ứng dụng nào chạy trong Kubernetes.

Load Balancer / NodePort

Đây là điểm vào đầu tiên từ bên ngoài để tiếp cận Ingress Controller. Trên cloud, controller có thể expose dưới dạng LoadBalancer, giúp traffic từ Internet vào cluster dễ dàng. Trên môi trường on-premise, NodePort cũng có thể sử dụng để đưa traffic vào controller. Load Balancer chỉ đóng vai trò entry point, còn toàn bộ logic xử lý được đảm nhiệm bởi Ingress Controller.

Kubernetes Ingress hoạt động như thế nào?

Quá trình xử lý traffic của Ingress gồm nhiều bước nhưng diễn ra rất nhanh chóng. Đầu tiên, khi người dùng gửi yêu cầu HTTP/HTTPS đến domain của ứng dụng, request này sẽ đi qua Load Balancer hoặc NodePort để đến Ingress Controller. Controller sẽ phân tích thông tin request, chẳng hạn như domain, đường dẫn hoặc method để tìm rule tương ứng trong Ingress Resource.

Sau khi trùng khớp rule, controller chọn backend service phù hợp và chuyển tiếp request. Service tiếp tục gửi yêu cầu đến các pod backend sử dụng cơ chế load balancing nội bộ của Kubernetes. Sau khi pod xử lý xong, response được trả về theo chiều ngược lại qua controller và load balancer về phía người dùng. Toàn bộ quá trình này diễn ra trong thời gian rất ngắn và không gây ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất.

Các tính năng chính của Kubernetes Ingress

Ingress là một công cụ mạnh mẽ nhờ vào khả năng xử lý nhiều dạng routing và cấu hình mạng phức tạp. Dưới đây là các tính năng nổi bật nhất giúp Ingress trở thành tiêu chuẩn routing trong Kubernetes:

- Host-based routing: Với tính năng này, bạn có thể dùng nhiều domain hoặc subdomain khác nhau để ánh xạ đến các dịch vụ trong cluster. Điều này rất hữu ích khi triển khai nhiều ứng dụng độc lập nhưng muốn dùng chung một entry point. Ingress Controller sẽ so khớp host trong HTTP header và chuyển traffic đến service tương ứng một cách chính xác.

- Path-based routing: Ingress cũng hỗ trợ routing theo đường dẫn, cho phép nhiều ứng dụng chia sẻ cùng một domain nhưng phân tách theo path. Ví dụ, đường dẫn /api sẽ trỏ về một service, trong khi /web lại trỏ về service khác. Cách cấu hình này rất hiệu quả cho ứng dụng dạng modular hoặc microservices khi cần phân tách luồng traffic.

- SSL/TLS termination: Ingress giúp bạn xử lý chứng chỉ SSL tập trung thay vì cấu hình riêng trên từng service. Controller sẽ thực hiện decrypt traffic và chuyển tiếp request đến service backend dưới dạng HTTP nội bộ. Điều này vừa tăng tính bảo mật vừa giảm tải cho backend.

- Rewrite URL: Nhiều ứng dụng phía sau có cấu trúc path khác với path public, và Ingress hỗ trợ rewrite URL để đảm bảo hoạt động trơn tru. Controller sẽ ghi đè đường dẫn gốc thành đường dẫn phù hợp trước khi gửi traffic đến backend. Rewrite đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng legacy.

- Redirect HTTP → HTTPS: Ingress có thể tự động chuyển hướng tất cả HTTP request sang HTTPS, giúp nâng cao tính bảo mật cho ứng dụng. Tính năng này được kích hoạt rất dễ dàng thông qua annotations trong resource cấu hình.

- Canary release & traffic splitting: Với một số controller, Ingress cho phép chia traffic theo tỷ lệ giữa các phiên bản ứng dụng khác nhau. Điều này rất hữu ích khi triển khai canary hoặc A/B testing, giúp kiểm tra phiên bản mới trước khi rollout hoàn toàn.

Lợi ích khi sử dụng Kubernetes Ingress

Ingress mang lại hàng loạt lợi ích rõ rệt trong triển khai ứng dụng. Đầu tiên là việc giảm chi phí, bởi bạn không cần tạo nhiều load balancer cho từng service. Tiếp theo, Ingress giúp quản lý routing và SSL một cách tập trung, từ đó giảm sự phức tạp và rủi ro khi vận hành. Ingress cũng hỗ trợ nhiều tính năng nâng cao, giúp hệ thống linh hoạt hơn.

Ngoài ra, khi triển khai trong môi trường microservices, việc có một entry point duy nhất giúp traffic an toàn hơn và dễ dàng kiểm soát. Bạn cũng có thể tích hợp Ingress với các công cụ giám sát, logging để tạo ra một hệ thống quan sát toàn diện. Ingress thực sự là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống cloud-native.

Hạn chế khi sử dụng Kubernetes Ingress

Tuy có nhiều ưu điểm, Ingress vẫn tồn tại một số hạn chế. Trước hết, bạn phải cài đặt Ingress Controller, và mỗi loại controller có hành vi khác nhau nên cần học cách cấu hình đúng. Ngoài ra, Ingress chủ yếu hỗ trợ HTTP/HTTPS, còn TCP/UDP thì hạn chế hơn và cần CRD riêng.

Một số controller yêu cầu nhiều annotation và cấu hình phức tạp, điều này khiến người mới dễ gặp lỗi. Hơn nữa, nếu scale lớn, việc quản lý rule routing cũng khó kiểm soát. Tuy nhiên, các hạn chế này có thể được xử lý nếu hệ thống được thiết kế tốt ngay từ đầu.

So sánh Ingress vs API Gateway

Kết luận

Kubernetes Ingress là một trong những thành phần quan trọng nhất khi triển khai hệ thống Kubernetes quy mô lớn. Nhờ khả năng định tuyến mạnh mẽ, hỗ trợ SSL, cân bằng tải và các tính năng nâng cao, Ingress giúp bạn quản lý traffic hiệu quả mà vẫn tối ưu chi phí. 

Nếu doanh nghiệp muốn triển khai Kubernetes nhanh chóng, ổn định và tiết kiệm chi phí vận hành, hãy tham khảo dịch vụ Viettel Open Kubernetes Service (vOKS) của Viettel IDC tại đây. Dịch vụ nền tảng Kubernetes giúp các Nhà phát triển phần mềm dễ dàng xây dựng, triển khai, nhân rộng và quản lý các ứng dụng được đóng gói theo hình thái container: 

https://viettelidc.com.vn/viettel-kubernetes-service