阿里云 ACK One 新特性：多集群网关，帮您快速构建同城容灾系统

云布道师

近日，阿里云分布式云容器平台 ACK One[1]发布“多集群网关”[2]（ACK One Multi-cluster Gateways）新特性，这是 ACK One 面向多云、多集群场景提供的云原生网关，用于对多集群南北向流量进行统一管理。

基于 ACK One 多集群网关可以快速构建多集群应用的同城容灾系统，帮助企业以更简单、高效的方式为应用数据的连续性和可用性提供保障。

为什么需要同城容灾

由于故障的多样性和不确定性，在一些极端情况下（如发生断网断电、火灾、地震等），需要保证应用和数据的高可用，因此需要容灾方案，目前云上容灾主要分为三类：

  1. 同城跨 AZ 容灾

  2. 跨地域容灾

  3. 两地三中心

同城容灾包含多活和主备，同城中心之间物理距离较近，网络延迟低，可防范 AZ 级别性质的灾难损害（如火灾、发生断网断电等）；跨地域容灾则网络延迟相对较高，但可防范地域性质的灾难损害（如地震、水灾等）；两地三中心则将同城双中心和跨 Region 灾备结合起来，兼具了二者优点，适用于应用与数据连续性和可用性要求高的场景。

而从实际情况考虑，同城容灾相比于跨地域容灾，在数据容灾方面容易实现得多，所以同城容灾仍然具有非常重要的意义。

现有同城容灾方案及问题

在 K8s 集群中的应用，现有的同城多可用区/多集群容灾的方案，基本都是基于 DNS 和多个 Ingres Controller 来实现，一般架构图如下所示：
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虽然在 DNS 与 SLB 之间可以增加类似于全局流量管理（GTM）等一些网关功能类产品，来支持用户就近接入、高并发负载均衡、健康检查与故障切换等能力，完善容灾方案，但现有的基于 DNS 的容灾方案仍具有一些问题：

  1. 基于 DNS 的方案，无法支持七层路由转发；

  2. 基于 DNS 的方案在 IP 切换时候，通常会有 Client 端缓存而造成服务短暂不可用，用户体验有所影响；

  3. 基于 DNS 的方案通常需要多个 LB（每个集群/可用区一个），并且需要在每个集群中都安装 Ingress Controller 和创建 Ingress 对象，管理和费用成本较高。

基于 ACK One 多集群网关实现的同城容灾方案

什么是 ACK One 多集群网关

多集群网关由 ACK One Fleet 通过集成 MSE 云原生网关[3]来实现，并使用 Ingress API 来管理多集群南北向流量，可以帮您管理七层流量，并进一步实现同城自动容灾、基于 Header 的灰度发布验证、基于副本数和权重的流量负载均衡等多集群应用相关的所需能力。

此外，多集群网关是地域级别的，所有操作都仅需在 ACK One Fleet 实例中操作（创建网关、Ingress 资源等），无需在每个 ACK 集群中都安装 Ingress Controller 和创建 Ingress 资源，提供地域级全局流量管理能力的同时，也减少了多集群管理的成本。
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关于 MSE Ingress 与 MSE 云原生网关

MSE Ingress[4]是在 MSE 云原生网关之上提供更为强大的 Ingress 流量管理方式，兼容 Nginx Ingress 以及 50 多个 Nginx Ingress 的注解，覆盖 90% 以上的 Nginx Ingress 业务场景，支持多服务版本同时灰度发布、灵活的服务治理能力以及全方位的安全防护保障，能够满足大规模云原生分布式应用的流量治理诉求。其支持的 Annotation 详见 MSE Ingress 支持的 Annotation[5]。

在 ACK One Fleet 中，管理员可以通过 kubectl 创建 MseIngressConfig 资源来创建出 MSE 云原生网关，由其来管理多集群流量，并创建 Ingress 资源来管理流量路由。

Kubernetes 服务的流量管理概述

在 Kubernetes 的流量管理领域，Ingress Controller 是非常重要的方案，Ingress Controller 作为一个专门的 4 层和 7 层代理，用来管理南北向流量：将流量导入 K8s 集群，到达 services，再导出。

Kubernetes Ingress API[6]主要目标就是使用简单的、声明式的 API 来代理集群中服务，其在 Kubernetes 1.2 就已 Beta，有非常多的厂商支持 Ingress，并扩展了非常多的功能，使用也很广泛，所以使用 Ingress API 的学习成本较低。

值得一提的是，Kuberentes Gateway API[7]相比于 Ingress，提供了更通用的代理 API，支持更多协议，可实现更多的能力，MSE 在后续提供对 Gateway API 的支持，满足用户复杂的流量管理诉求。

综合各方面考虑，ACK One 当前选择以 Ingress API 的方式来支持多集群的南北向流量管理。

基于 ACK One 多集群网关实现的同城容灾方案

基于 ACK One 多集群网关可以快速构建多集群应用的同城容灾系统，包括同城多活容灾和同城主备容灾。整体架构如下：
在这里插入图片描述

  • 一个地域两个不同可用区（AZ 1 和 AZ 2），各创建一个 ACK 集群（Cluster 1 和 Cluster 2）
  • 在 ACK One Fleet 中通过 MseIngressConfig 资源在 Fleet 所在地域、所在 VPC 创建出 MSE 网关
  • 通过 ACK One GitOps 将应用分发到多集群中（已创建的 Cluster 1 和 Cluster 2 集群）
  • 在 Fleet 中通过创建 Ingress 来设置流量规则，支持跨多个 ACK 集群的以下能力：

HTTP routing：七层路由转发 § 如 header-based 路由：基于 header 将流量路由到指定集群、基于 header 的灰度验证

traffic splitting：根据权重路由流量、A/B 测试、蓝绿部署、金丝雀发布等

health-based 自动平滑容灾：流量在多集群/多可用区自动平滑容灾。某个集群或者集群内某个副本 unhealthy 后，流量会被自动平滑地路由到另一个集群或者其他健康的副本
traffic mirroring、基于副本数负载均衡流量等

方案优势

由以上架构，我们可以知道，基于 ACK One 多集群网关的容灾方案，相比于基于 DNS 流量分发的容灾方案具有以下优势：

  • 基于 DNS 流量分发的容灾方案需要多个 LB IP（每个集群 1 个），而基于多集群网关的容灾方案在地域级别仅需要 1 个 LB
    IP，且默认提供同地域多可用区的高可用性。
  • 基于多集群网关的容灾支持七层路由转发能力，而基于 DNS 流量分发的容灾不支持七层路由转发。
  • 基于 DNS 流量分发的容灾方案在 IP 切换时，通常会有客户端缓存而造成服务短暂不可用，而基于多集群网关的容灾方案则可以平滑地将流量 Fallback 到另一个集群的服务后端。
  • 多集群网关是地域级别的，所以所有操作都仅需在 Fleet 实例中操作（创建网关、Ingress 资源等），无需在每个 ACK 集群中都安装 Ingress Controller 和创建 Ingress 资源，在提供地域级全局流量管理能力的同时，减少多集群管理成本。

基于多集群网关的同城多活容灾

基于多集群网关的同城多活容灾如下图所示：
图片

  • 在 cluster1 与 cluster2 中存在同名服务（K8s service 的 name 和 namespace
    一致），且副本数为 1:1
  • 网关会将流量按照 1:1 的比例路由到 cluster1 和 cluster2 中
  • 当 cluster1 异常时（如副本数变为 0），cluster1 的 50% 流量会被自动迁移到 cluster2，此时 100%流量会被路由到 cluster2

基于多集群网关的同城主备容灾

基于多集群网关的同城主备容灾如下图所示：
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  • 在 AZ 1 cluster1 与 AZ 2 cluster2 中存在同名服务（K8s service 的 name 和
    namespace 一致）
  • 服务以 cluster1 为主，cluster2 为备，默认只有主提供服务，100% 流量会路由到 cluster1
  • 当主异常以后，100% 流量会被自动平滑地路由到备（AZ 2 的 cluster2）

总结

ACK One 多集群网关提供了强大的能力，与此同时，结合 ACK One GitOps[8]的应用多集群分发和持续部署能力，可以帮您快速、低成本地构建对多集群应用平滑容灾的同城容灾系统。更多详情可以查看基于多集群网关实现同城容灾[9]和多集群网关概述[10]。
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相关链接：
[1] ACK One

https://help.aliyun.com/zh/ack/distributed-cloud-container-platform-for-kubernetes/product-overview/ack-one-overview?spm=a2c4g.11186623.0.0.6f5848b0idmr0L
[2] 多集群网关

https://help.aliyun.com/zh/ack/distributed-cloud-container-platform-for-kubernetes/user-guide/multi-cluster-traffic-gateway-overview?spm=a2c4g.11186623.0.0.5fd048b0oh9MLf
[3] MSE 云原生网关

https://help.aliyun.com/zh/mse/product-overview/cloud-native-gateway-overview?spm=a2c4g.11186623.0.0.260a3db39PGupl

[4] MSE Ingress

https://help.aliyun.com/zh/mse/user-guide/overview-of-mse-ingress-gateways#task-2193958
[5] MSE Ingress 支持的 Annotation

https://help.aliyun.com/zh/mse/user-guide/annotations-supported-by-mse-ingress-gateways?spm=a2c4g.11186623.0.0.4c074ca8JGvcpx
[6] Kubernetes Ingress API

https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/
[7] Kuberentes Gateway API

https://gateway-api.sigs.k8s.io/

[8] ACK One GitOps

https://help.aliyun.com/zh/ack/distributed-cloud-container-platform-for-kubernetes/user-guide/gitops-overview?spm=a2c4g.11186623.0.0.596377b7htoy5W

[9] 基于多集群网关实现同城容灾

https://help.aliyun.com/zh/ack/distributed-cloud-container-platform-for-kubernetes/use-cases/zone-disaster-recovery-based-on-multi-cluster-gateway?spm=a2c4g.11186623.0.0.54b7681cMIMBoN

[10] 多集群网关概述

https://help.aliyun.com/zh/ack/distributed-cloud-container-platform-for-kubernetes/user-guide/multi-cluster-gateway-overview?spm=a2c4g.11186623.0.0.c01b6fd6rNopUT

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