K8s Ingress 負載均衡實戰：Session 黏性、演算法選擇與外部 LB 整合

前言

負載均衡是生產環境中不可或缺的基礎設施。在 Kubernetes 中，Ingress Controller 就是幫你實現流量分發的核心元件。這篇文章會從原理講起，透過實際的 YAML 範例帶你掌握 Nginx Ingress 的各種負載均衡配置方式。

負載均衡的基本原理

負載均衡就是把流量分散到多台伺服器上，避免單一伺服器過載。在 K8s 中，Ingress Controller 根據 Ingress 資源定義的規則，把請求轉發到後端 Service 對應的 Pod。

常見的 Ingress Controller：

它們各自支援不同的負載均衡演算法，如輪詢（Round Robin）、IP 雜湊（IP Hash）、最少連線（Least Connections）等。

基本負載均衡設定

最基本的 Ingress 設定就是根據路徑把流量分發到不同的 Service：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:
  rules:
  - host: app.example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: frontend-service
            port:
              number: 80
      - path: /api
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-service
            port:
              number: 80

這個設定會把 / 開頭的請求導到 frontend-service，/api 開頭的導到 api-service。每個 Service 背後的多個 Pod 會自動做輪詢負載均衡。

Session 黏性（Sticky Session）

有些應用需要同一個使用者的請求始終落在同一個 Pod 上（例如登入狀態存在本地記憶體的情況）。這時候就需要 Session 黏性：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/affinity: "cookie"
spec:
  rules:
  - host: app.example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: frontend-service
            port:
              number: 80

關鍵是 nginx.ingress.kubernetes.io/affinity: "cookie" 這個 annotation。Nginx Ingress 會自動在回應中設定一個 Cookie，後續同一個用戶端的請求都會被導到同一個 Pod。

使用場景：

• 應用程式把 Session 存在本地記憶體（而非 Redis 等外部儲存）
• WebSocket 連線需要固定到特定 Pod
• 檔案上傳等需要多個請求到同一個 Pod 的場景

選擇負載均衡演算法

除了預設的輪詢，還可以透過 annotation 設定其他演算法：

metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/affinity: "cookie"
    nginx.ingress.kubernetes.io/affinity-mode: "balanced"

affinity-mode: "balanced" 會根據後端服務的權重來做負載均衡，而不是單純的輪詢。

常用的負載均衡策略：

整合外部負載均衡器

在某些架構中，Ingress Controller 前面還有一層外部 LB（如雲端的 ALB/NLB）。這時候可以設定 External Traffic Policy 為 Local，讓流量直接到達本地節點的 Pod：

metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/external-traffic-policy: "Local"

這個設定的好處：

• 避免跨節點的 SNAT，保留真實的客戶端 IP
• 減少一跳網路延遲
• 外部 LB 可以直接做健康檢查

但要注意：如果 Pod 在某些節點上沒有部署，那些節點收到的流量會被丟棄。所以通常搭配 DaemonSet 或確保每個節點都有 Pod。

小結

Nginx Ingress Controller 提供了豐富的負載均衡功能，從基本的路徑路由、Session 黏性、多種演算法選擇到外部 LB 整合，都能透過 annotation 輕鬆設定。根據你的應用特性選擇合適的策略，是確保服務效能和可用性的關鍵。