Die Welt der Container-Orchestrierung wird von Kubernetes dominiert, einer Plattform, die es ermöglicht, containerisierte Anwendungen effizient zu verwalten und zu skalieren. Für Entwickler und IT-Experten bedeutet dies jedoch auch, sich intensiv mit Netzwerkkonzepten auseinanderzusetzen, um Anwendungen sicher und performant im Cluster bereitzustellen. In diesem Zusammenhang gewinnt die Kubernetes Gateway API zunehmend an Bedeutung – sie stellt eine Weiterentwicklung und Erweiterung des traditionellen Ingress-Systems dar und bietet zahlreiche Vorteile für moderne Cloud-native Umgebungen. Bei der Arbeit mit Kubernetes stehen Nutzer häufig vor der Herausforderung, Anwendungen, die in Pods laufen, für externe Benutzer oder andere interne Services erreichbar zu machen. Pods sind die kleinste Planungs- und Ausführungseinheit in Kubernetes, sie sind allerdings flüchtig und erhalten dynamisch zugewiesene IP-Adressen.
Um diese Instabilität zu umgehen, existieren Services als stabile Netzwerkendpunkte innerhalb des Clusters, die Anfragen an die darunterliegenden Pods weiterleiten und Lastverteilung ermöglichen. Standard-Service-Typen wie ClusterIP, NodePort und LoadBalancer ermöglichen verschiedene Wege, Anwendungen im Netzwerk verfügbar zu machen. Während ClusterIP Dienste nur im internen Netzwerk erreichbar macht, können NodePorts Dienste über spezifische Ports auf allen Knoten adressierbar machen. LoadBalancer-Services nutzen hingegen meist Cloud-Provider, um dedizierte externe IP-Adressen bereitzustellen und bieten damit einen relativ einfachen Zugang von außen. Diese Lösungen haben jedoch ihre Grenzen, vor allem wenn es um Skalierbarkeit und Flexibilität der Traffic-Steuerung geht.
Hier setzt die traditionelle Kubernetes Ingress-Ressource an. Sie erlaubt es, HTTP- und HTTPS-Traffic basierend auf Regeln, wie Hostnamen oder Pfaden, zu verschiedenen Services im Cluster zu routen und somit wiederholte Konfigurationen und dedizierte Load Balancer zu vermeiden. Das Ingress-Design hat jedoch Schwächen, etwa die ausschließliche Fokussierung auf L7-Protokolle, also HTTP/HTTPS, sowie Abhängigkeit von herstellerspezifischen Annotationen, die Portabilität und Wartbarkeit einschränken. Genau hier kommt die Kubernetes Gateway API ins Spiel, die als die nächste Generation für Traffic Management und Netzwerkzugang konzipiert wurde. Seit ihrer Einführung auf der KubeCon 2019 und der stabilen Veröffentlichung ihrer Version 1.
0 Ende 2023, adressiert sie einige der Limitierungen der Ingress-API und bringt eine Vielzahl an Verbesserungen mit sich. Die Gateway API unterstützt neben HTTP auch Protokolle wie TCP, UDP und gRPC, was eine deutlich flexiblere Nutzung erlaubt. Ein besonders hervorzuhebendes Merkmal der Gateway API ist ihr rollenzentrierter Entwurf, der verschiedene Akteure in der Kubernetes-Infrastruktur berücksichtigt. Infrastruktur-Provider definieren GatewayClass-Ressourcen, die eine Klasse von Gateways repräsentieren und eine bestimmte Gateway-Controller-Implementierung beschreiben. Cluster-Operatoren können auf Basis dieser Klassen Gateways in ihrem Cluster installieren, die dann als Netzwerkknoten für den Datenverkehr fungieren.
Entwickler oder Anwendungsbetreiber definieren wiederum HTTPRoute-, TLSRoute- oder TCPRoute-Ressourcen, welche die eigentlichen Regeln enthalten, nach denen Traffic basierend auf Hosts, Pfaden oder anderen Kriterien an verschiedene Services weitergeleitet wird. Dieser modulare Aufbau ermöglicht eine bessere Trennung von Verantwortlichkeiten und erleichtert gleichzeitig die Administration und Skalierbarkeit in größeren Umgebungen. Zudem entfällt die Nutzung komplexer Annotationen, die häufig inkonsistent sind und Anbieterabhängigkeiten schaffen. Damit erhöht die Gateway API die Portabilität von Kubernetes-Anwendungen über verschiedene Umgebungen hinweg erheblich. Ein weiterer zentraler Vorteil der Gateway API ist die Unterstützung von Layer-4-Protokollen wie TCP oder UDP, was mit dem klassischen Ingress nicht möglich ist.
So können neben Webservern auch andere Services wie Datenbankverbindungen oder benutzerdefinierte TCP-basierte Protokolle einheitlich und flexibel über Gateways exponiert und verwaltet werden. Das erweitert das Einsatzspektrum von Kubernetes erheblich. Die praktische Anwendung der Gateway API zeigt sich beispielhaft in der einfachen Konfiguration von Gateways und HTTPRoutes. Nach der Installation eines geeigneten Gateway Controllers, zum Beispiel dem NGINX Gateway Fabric, definieren Administratoren ein Gateway mit gewünschtem Listener auf bestimmten Ports und erlauben Traffic aus definierten Namespaces oder dem gesamten Cluster. Anschließend legen Entwickler HTTPRoute-Objekte an, die auf URLs, Hostnamen oder Pfadpräfixe reagieren und den Verkehr gezielt an hinterlegte Services weiterleiten.
Ein anschauliches Beispiel aus einer realen Anwendung beschreibt die Nutzung zweier Microservices, die Philips Hue-Leuchten steuern. Während ein Scheduler-Service über eine klassische Ingress-Ressource nach außen zugänglich gemacht wurde, wurde der zweite Service, der Lichtfarben in einem „Colorloop“-Modus steuert, experimentell über die Gateway API exponiert. Hier zeigte sich die Stärke der Gateway API, insbesondere in Bezug auf Flexibilität und saubere Verwaltungsstrukturen. Die Umstellung auf Gateway API wirkt sich zudem positiv auf den Automatisierungs-Workflow aus, da sich beispielsweise CronJobs innerhalb des Clusters besser mit Services verbinden lassen, ohne exponiert zu werden. Somit kann mit dem Gateway API-Setup eine robuste und übersichtliche Netzwerkarchitektur geschaffen werden, die den Bedürfnissen moderner Kubernetes-Deployments entspricht.
Für Nutzer, die bisher nur mit der klassischen Ingress-Ressource vertraut sind, bietet die Gateway API einen neuen Horizont, der nicht nur mehr Protokolle unterstützt, sondern auch die Komplexität reduziert und die Wartbarkeit erhöht. Gleichzeitig offenbart sie Konzepte, um verschiedene Akteure in der Infrastruktur besser einzubinden und robuste Zugangsmechanismen zu schaffen. Natürlich ist die Gateway API noch relativ jung und verlangt eine gewisse Lernkurve sowie eine saubere Integration in bestehende Kubernetes-Cluster. Doch gerade für Unternehmen und Projekte, die auf Skalierbarkeit, Multitenancy oder gemischte Protokollumgebungen angewiesen sind, stellt sie eine zukunftssichere Lösung dar. Die Gemeinschaft rund um Kubernetes wächst und mit ihr auch die Entwicklertools und Dokumentationen zur Gateway API, die eine breite Akzeptanz und stetige Weiterentwicklung unterstützen.
