k8s 实践经验（七）ingress 详解

看、未来

发布于 2022-05-09 17:39:53

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什么是 ingress？

采用 NodePort 方式暴露服务面临问题是，服务一旦多起来，NodePort 在每个节点上开启的端口会及其庞大，而且难以维护；这时，我们可以能否使用一个Nginx直接对内进行转发呢？众所周知的是，Pod与Pod之间是可以互相通信的，而Pod是可以共享宿主机的网络名称空间的，也就是说当在共享网络名称空间时，Pod上所监听的就是Node上的端口。那么这又该如何实现呢？简单的实现就是使用 DaemonSet 在每个 Node 上监听 80，然后写好规则，因为 Nginx 外面绑定了宿主机 80 端口（就像 NodePort），本身又在集群内，那么向后直接转发到相应 Service IP 就行了，如下图所示：

从上面的方法，采用 Nginx-Pod 似乎已经解决了问题，但是其实这里面有一个很大缺陷：当每次有新服务加入又该如何修改 Nginx 配置呢？？我们知道使用Nginx可以通过虚拟主机域名进行区分不同的服务，而每个服务通过upstream进行定义不同的负载均衡池，再加上location进行负载均衡的反向代理，在日常使用中只需要修改nginx.conf即可实现，那在K8S中又该如何实现这种方式的调度呢？？？

假设后端的服务初始服务只有ecshop，后面增加了bbs和member服务，那么又该如何将这2个服务加入到Nginx-Pod进行调度呢？总不能每次手动改或者Rolling Update 前端 Nginx Pod 吧！！此时 Ingress 出现了，如果不算上面的Nginx，Ingress 包含两大组件：Ingress Controller 和 Ingress。

Ingress 简单的理解就是你原来需要改 Nginx 配置，然后配置各种域名对应哪个 Service，现在把这个动作抽象出来，变成一个 Ingress 对象，你可以用 yaml 创建，每次不要去改 Nginx 了，直接改 yaml 然后创建/更新就行了；那么问题来了：”Nginx 该怎么处理？”

Ingress Controller 这东西就是解决 “Nginx 的处理方式” 的；Ingress Controoler 通过与 Kubernetes API 交互，动态的去感知集群中 Ingress 规则变化，然后读取他，按照他自己模板生成一段 Nginx 配置，再写到 Nginx Pod 里，最后 reload 一下，工作流程如下图：

实际上Ingress也是Kubernetes API的标准资源类型之一，它其实就是一组基于DNS名称（host）或URL路径把请求转发到指定的Service资源的规则。用于将集群外部的请求流量转发到集群内部完成的服务发布。我们需要明白的是，Ingress资源自身不能进行“流量穿透”，仅仅是一组规则的集合，这些集合规则还需要其他功能的辅助，比如监听某套接字，然后根据这些规则的匹配进行路由转发，这些能够为Ingress资源监听套接字并将流量转发的组件就是Ingress Controller。

PS：Ingress 控制器不同于Deployment 控制器的是，Ingress控制器不直接运行为kube-controller-manager的一部分，它仅仅是Kubernetes集群的一个附件，类似于CoreDNS，需要在集群上单独部署。

如何创建Ingress资源

Ingress资源时基于HTTP虚拟主机或URL的转发规则，需要强调的是，这是一条转发规则。它在资源配置清单中的spec字段中嵌套了rules、backend和tls等字段进行定义。如下示例中定义了一个Ingress资源，其包含了一个转发规则：将发往myapp.magedu.com的请求，代理给一个名字为myapp的Service资源。

apiVersion: extensions/v1beta1		
kind: Ingress		
metadata:			
  name: ingress-myapp   
  namespace: default     
  annotations:          
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:     
  rules:   
  - host: myapp.magedu.com   
    http:
      paths:       
      - path:       
        backend:    
          serviceName: myapp
          servicePort: 80

Ingress 中的spec字段是Ingress资源的核心组成部分，主要包含以下3个字段：

rules：用于定义当前Ingress资源的转发规则列表；由rules定义规则，或没有匹配到规则时，所有的流量会转发到由backend定义的默认后端。
backend：默认的后端用于服务那些没有匹配到任何规则的请求；定义Ingress资源时，必须要定义backend或rules两者之一，该字段用于让负载均衡器指定一个全局默认的后端。
tls：TLS配置，目前仅支持通过默认端口443提供服务，如果要配置指定的列表成员指向不同的主机，则需要通过SNI TLS扩展机制来支持该功能。 backend对象的定义由2个必要的字段组成：serviceName和servicePort，分别用于指定流量转发的后端目标Service资源名称和端口。 rules对象由一系列的配置的Ingress资源的host规则组成，这些host规则用于将一个主机上的某个URL映射到相关后端Service对象，其定义格式如下：

spec:
  rules:
  - hosts: <string>
    http:
      paths:
      - path:
        backend:
          serviceName: <string>
          servicePort: <string>

需要注意的是，.spec.rules.host属性值，目前暂不支持使用IP地址定义，也不支持IP:Port的格式，该字段留空，代表着通配所有主机名。 tls对象由2个内嵌的字段组成，仅在定义TLS主机的转发规则上使用。

hosts：包含于使用的 TLS 证书之内的主机名称字符串列表，因此，此处使用的主机名必须匹配 tlsSecret 中的名称。
secretName：用于引用 SSL 会话的 secret 对象名称，在基于 SNI 实现多主机路由的场景中，此字段为可选。

Ingress Nginx部署

使用Ingress功能步骤： 1、安装部署ingress controller Pod 2、部署后端服务 3、部署ingress-nginx service 4、部署ingress

从前面的描述我们知道，Ingress 可以使用 yaml 的方式进行创建，从而得知 Ingress 也是标准的 K8S 资源，其定义的方式，也可以使用 explain 进行查看：

[root@k8s-master ~]# kubectl explain ingress
KIND:     Ingress
VERSION:  extensions/v1beta1

...

1、部署Ingress controller

ingress-nginx在github上的地址（1）下载ingress相关的yaml

[root@k8s-master ~]# mkdir ingress-nginx
[root@k8s-master ~]# cd ingress-nginx/
[root@k8s-master ingress-nginx]# for file in namespace.yaml configmap.yaml rbac.yaml tcp-services-configmap.yaml with-rbac.yaml udp-services-configmap.yaml default-backend.yaml;do wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/master/deploy/$file;done
[root@k8s-master ingress-nginx]# ll
total 28
-rw-r--r-- 1 root root  199 Sep 29 22:45 configmap.yaml	#configmap用于为nginx从外部注入配置的
-rw-r--r-- 1 root root 1583 Sep 29 22:45 default-backend.yaml	#配置默认后端服务
-rw-r--r-- 1 root root   69 Sep 29 22:45 namespace.yaml	#创建独立的名称空间
-rw-r--r-- 1 root root 2866 Sep 29 22:45 rbac.yaml	#rbac用于集群角色授权
-rw-r--r-- 1 root root  192 Sep 29 22:45 tcp-services-configmap.yaml
-rw-r--r-- 1 root root  192 Sep 29 22:45 udp-services-configmap.yaml
-rw-r--r-- 1 root root 2409 Sep 29 22:45 with-rbac.yaml

（2）创建ingress-nginx名称空间

[root@k8s-master ingress-nginx]# cat namespace.yaml 
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: ingress-nginx

---
[root@k8s-master ingress-nginx]# kubectl apply -f namespace.yaml 
namespace/ingress-nginx created

（3）创建ingress controller的pod

[root@k8s-master ingress-nginx]#  kubectl apply -f ./
...

[root@k8s-master ingress-nginx]# kubectl get pod -n ingress-nginx -w
NAME                                        READY     STATUS              RESTARTS   AGE
default-http-backend-7db7c45b69-gjrnl       0/1       ContainerCreating   0          35s
nginx-ingress-controller-6bd7c597cb-6pchv   0/1       ContainerCreating   0          34s

此处遇到一个问题，新版本的Kubernetes在安装部署中，需要从k8s.grc.io仓库中拉取所需镜像文件，但由于国内网络防火墙问题导致无法正常拉取。 docker.io仓库对google的容器做了镜像，可以通过下列命令下拉取相关镜像：

[root@k8s-node01 ~]# docker pull mirrorgooglecontainers/defaultbackend-amd64:1.5
1.5: Pulling from mirrorgooglecontainers/defaultbackend-amd64
9ecb1e82bb4a: Pull complete 
Digest: sha256:d08e129315e2dd093abfc16283cee19eabc18ae6b7cb8c2e26cc26888c6fc56a
Status: Downloaded newer image for mirrorgooglecontainers/defaultbackend-amd64:1.5

[root@k8s-node01 ~]# docker tag mirrorgooglecontainers/defaultbackend-amd64:1.5 k8s.gcr.io/defaultbackend-amd64:1.5
[root@k8s-node01 ~]# docker image ls
REPOSITORY                                    TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
mirrorgooglecontainers/defaultbackend-amd64   1.5                 b5af743e5984        34 hours ago        5.13MB
k8s.gcr.io/defaultbackend-amd64               1.5                 b5af743e5984        34 hours ago        5.13MB

2、部署后端服务

（1）查看ingress的配置清单选项

[root@k8s-master ingress-nginx]# kubectl explain ingress.spec
KIND:     Ingress
VERSION:  extensions/v1beta1

...

（2）部署后端服务

[root@k8s-master ingress-nginx]# cd ../mainfests/
[root@k8s-master mainfests]# mkdir ingress && cd ingress
[root@k8s-master ingress]# cp ../deploy-demo.yaml .
[root@k8s-master ingress]# vim deploy-demo.yaml 
#创建service为myapp
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  selector:
    app: myapp
    release: canary
  ports:
  - name: http
    targetPort: 80
    port: 80
---
#创建后端服务的pod
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-backend-pod
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: canary
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: canary
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: ikubernetes/myapp:v2
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
[root@k8s-master ingress]# kubectl apply -f deploy-demo.yaml 
service/myapp created
deployment.apps/myapp-backend-pod unchanged

（3）查看新建的后端服务pod

[root@k8s-master ingress]# kubectl get pods
NAME                                 READY     STATUS    RESTARTS   AGE
myapp-backend-pod-67f6f6b4dc-9jl9q   1/1       Running   0          7m
myapp-backend-pod-67f6f6b4dc-x5jsb   1/1       Running   0          7m
myapp-backend-pod-67f6f6b4dc-xzxbj   1/1       Running   0          7m

3、部署ingress-nginx service

通过ingress-controller对外提供服务，现在还需要手动给ingress-controller建立一个service，接收集群外部流量。方法如下：（1）下载ingress-controller的yaml文件

[root@k8s-master ingress]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/master/deploy/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
[root@k8s-master ingress]# vim service-nodeport.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: ingress-nginx
  namespace: ingress-nginx
  labels:
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - name: http
      port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
      nodePort: 30080
    - name: https
      port: 443
      targetPort: 443
      protocol: TCP
      nodePort: 30443
  selector:
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx

---

（2）创建ingress-controller的service，并测试访问

[root@k8s-master ingress]# kubectl apply -f service-nodeport.yaml 
service/ingress-nginx created
[root@k8s-master ingress]# kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME                   TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
default-http-backend   ClusterIP   10.104.41.201   <none>        80/TCP                       45m
ingress-nginx          NodePort    10.96.135.79    <none>        80:30080/TCP,443:30443/TCP   11s

此时访问:192.168.56.12:30080 此时应该是404 ，调度器是正常工作的，但是后端服务没有关联

4、部署ingress

（1）编写ingress的配置清单

[root@k8s-master ingress]# vim ingress-myapp.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1		#api版本
kind: Ingress		#清单类型
metadata:			#元数据
  name: ingress-myapp    #ingress的名称
  namespace: default     #所属名称空间
  annotations:           #注解信息
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:      #规格
  rules:   #定义后端转发的规则
  - host: myapp.magedu.com    #通过域名进行转发
    http:
      paths:       
      - path:       #配置访问路径，如果通过url进行转发，需要修改；空默认为访问的路径为"/"
        backend:    #配置后端服务
          serviceName: myapp
          servicePort: 80
[root@k8s-master ingress]# kubectl apply -f ingress-myapp.yaml
[root@k8s-master ingress]# kubectl get ingress
NAME            HOSTS              ADDRESS   PORTS     AGE
ingress-myapp   myapp.magedu.com             80        46s

（2）查看ingress-myapp的详细信息

[root@k8s-master ingress]# kubectl describe ingress ingress-myapp
Name:             ingress-myapp
Namespace:        default
Address:          
Default backend:  default-http-backend:80 (<none>)
Rules:
  Host              Path  Backends
  ----              ----  --------
  myapp.magedu.com  
                       myapp:80 (<none>)
Annotations:
  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:  {"apiVersion":"extensions/v1beta1","kind":"Ingress","metadata":{"annotations":{"kubernetes.io/ingress.class":"nginx"},"name":"ingress-myapp","namespace":"default"},"spec":{"rules":[{"host":"myapp.magedu.com","http":{"paths":[{"backend":{"serviceName":"myapp","servicePort":80},"path":null}]}}]}}

  kubernetes.io/ingress.class:  nginx
Events:
  Type    Reason  Age   From                      Message
  ----    ------  ----  ----                      -------
  Normal  CREATE  1m    nginx-ingress-controller  Ingress default/ingress-myapp

[root@k8s-master ingress]# kubectl get pods -n ingress-nginx
NAME                                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
default-http-backend-7db7c45b69-fndwp       1/1       Running   0          31m
nginx-ingress-controller-6bd7c597cb-6pchv   1/1       Running   0          55m

（3）进入nginx-ingress-controller进行查看是否注入了nginx的配置

[root@k8s-master ingress]# kubectl exec -n ingress-nginx -it nginx-ingress-controller-6bd7c597cb-6pchv -- /bin/bash
www-data@nginx-ingress-controller-6bd7c597cb-6pchv:/etc/nginx$ cat nginx.conf
......
	## start server myapp.magedu.com
	server {
		server_name myapp.magedu.com ;
		
		listen 80;
		
		set $proxy_upstream_name "-";
		
		location / {
			
			set $namespace      "default";
			set $ingress_name   "ingress-myapp";
			set $service_name   "myapp";
			set $service_port   "80";
			set $location_path  "/";
			
			rewrite_by_lua_block {
				
				balancer.rewrite()
				
			}
			
			log_by_lua_block {
				
				balancer.log()
				
				monitor.call()
			}
......

（4）修改本地host文件，进行访问 192.168.56.12 myapp.magedu.com 192.168.56.13 myapp.magedu.com

增加tomcat服务

（1）编写tomcat的配置清单文件

[root@k8s-master ingress]# cp deploy-demo.yaml tomcat-demo.yaml
[root@k8s-master ingress]# vim tomcat-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tomcat
  namespace: default
spec:
  selector:
    app: tomcat
    release: canary
  ports:
  - name: http
    targetPort: 8080
    port: 8080
  - name: ajp
    targetPort: 8009
    port: 8009
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: tomcat-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: tomcat
      release: canary
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tomcat
        release: canary
    spec:
      containers:
      - name: tomcat
        image: tomcat:8.5.34-jre8-alpine   
        #此镜像在dockerhub上进行下载，需要查看版本是否有变化，hub.docker.com
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
          name: ajp
          containerPort: 8009
[root@k8s-master ingress]# kubectl get pods
NAME                                 READY     STATUS    RESTARTS   AGE
tomcat-deploy-6dd558cd64-b4xbm       1/1       Running   0          3m
tomcat-deploy-6dd558cd64-qtwpx       1/1       Running   0          3m
tomcat-deploy-6dd558cd64-w7f9s       1/1       Running   0          5m

（2）进入tomcat的pod中进行查看是否监听8080和8009端口，并查看tomcat的svc

[root@k8s-master ingress]# kubectl exec tomcat-deploy-6dd558cd64-b4xbm -- netstat -tnl
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       
tcp        0      0 127.0.0.1:8005          0.0.0.0:*               LISTEN      
tcp        0      0 0.0.0.0:8009            0.0.0.0:*               LISTEN      
tcp        0      0 0.0.0.0:8080            0.0.0.0:*               LISTEN      

[root@k8s-master ingress]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)             AGE
......
tomcat       ClusterIP   10.104.158.148   <none>        8080/TCP,8009/TCP   28m

（3）编写tomcat的ingress规则，并创建ingress资源

[root@k8s-master ingress]# cp ingress-myapp.yaml ingress-tomcat.yaml
[root@k8s-master ingress]# vim ingress-tomcat.yaml 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: tomcat
  namespace: default
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:
  rules:
  - host: tomcat.magedu.com    #主机域名
    http:
      paths:
      - path:
        backend:
          serviceName: tomcat
          servicePort: 8080
[root@k8s-master ingress]# kubectl apply -f ingress-tomcat.yaml 
ingress.extensions/tomcat created

（4）查看ingress具体信息

[root@k8s-master ingress]# kubectl get ingress
NAME            HOSTS               ADDRESS   PORTS     AGE
ingress-myapp   myapp.magedu.com              80        3h
tomcat          tomcat.magedu.com             80        5s
[root@k8s-master ingress]# kubectl describe ingress
Name:             ingress-myapp
Namespace:        default
Address:          
Default backend:  default-http-backend:80 (<none>)
Rules:
  Host              Path  Backends
  ----              ----  --------
  myapp.magedu.com  
                       myapp:80 (<none>)
Annotations:
  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:  {"apiVersion":"extensions/v1beta1","kind":"Ingress","metadata":{"annotations":{"kubernetes.io/ingress.class":"nginx"},"name":"ingress-myapp","namespace":"default"},"spec":{"rules":[{"host":"myapp.magedu.com","http":{"paths":[{"backend":{"serviceName":"myapp","servicePort":80},"path":null}]}}]}}

  kubernetes.io/ingress.class:  nginx
Events:                         <none>


Name:             tomcat
Namespace:        default
Address:          
Default backend:  default-http-backend:80 (<none>)
Rules:
  Host               Path  Backends
  ----               ----  --------
  tomcat.magedu.com  
                        tomcat:8080 (<none>)
Annotations:
  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:  {"apiVersion":"extensions/v1beta1","kind":"Ingress","metadata":{"annotations":{"kubernetes.io/ingress.class":"nginx"},"name":"tomcat","namespace":"default"},"spec":{"rules":[{"host":"tomcat.magedu.com","http":{"paths":[{"backend":{"serviceName":"tomcat","servicePort":8080},"path":null}]}}]}}

  kubernetes.io/ingress.class:  nginx
Events:
  Type    Reason  Age   From                      Message
  ----    ------  ----  ----                      -------
  Normal  CREATE  2m    nginx-ingress-controller  Ingress default/tomcat

（5）测试访问：tomcat.mageud.com:30080

（6）总结从前面的部署过程中，可以再次进行总结部署的流程如下： ①下载Ingress-controller相关的YAML文件，并给Ingress-controller创建独立的名称空间； ②部署后端的服务，如myapp，并通过service进行暴露； ③部署Ingress-controller的service，以实现接入集群外部流量； ④部署Ingress，进行定义规则，使Ingress-controller和后端服务的Pod组进行关联。本次部署后的说明图如下：

构建TLS站点

（1）准备证书

[root@k8s-master ingress]# openssl genrsa -out tls.key 2048 
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
.......+++
.......................+++
e is 65537 (0x10001)

[root@k8s-master ingress]# openssl req -new -x509 -key tls.key -out tls.crt -subj /C=CN/ST=Beijing/L=Beijing/O=DevOps/CN=tomcat.magedu.com

（2）生成secret

[root@k8s-master ingress]# kubectl create secret tls tomcat-ingress-secret --cert=tls.crt --key=tls.key
secret/tomcat-ingress-secret created
[root@k8s-master ingress]# kubectl get secret
NAME                    TYPE                                  DATA      AGE
default-token-j5pf5     kubernetes.io/service-account-token   3         39d
tomcat-ingress-secret   kubernetes.io/tls                     2         9s
[root@k8s-master ingress]# kubectl describe secret tomcat-ingress-secret
Name:         tomcat-ingress-secret
Namespace:    default
Labels:       <none>
Annotations:  <none>

Type:  kubernetes.io/tls

Data
====
tls.crt:  1294 bytes
tls.key:  1679 bytes

（3）创建ingress

[root@k8s-master ingress]# kubectl explain ingress.spec
[root@k8s-master ingress]# kubectl explain ingress.spec.tls
[root@k8s-master ingress]# cp ingress-tomcat.yaml ingress-tomcat-tls.yaml
[root@k8s-master ingress]# vim ingress-tomcat-tls.yaml 
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-tomcat-tls
  namespace: default
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:
  tls:
  - hosts:
    - tomcat.magedu.com
    secretName: tomcat-ingress-secret
  rules:
  - host: tomcat.magedu.com
    http:
      paths:
      - path:
        backend:
          serviceName: tomcat
          servicePort: 8080

[root@k8s-master ingress]# kubectl apply -f ingress-tomcat-tls.yaml 
ingress.extensions/ingress-tomcat-tls created
[root@k8s-master ingress]# kubectl get ingress
NAME                 HOSTS               ADDRESS   PORTS     AGE
ingress-myapp        myapp.magedu.com              80        4h
ingress-tomcat-tls   tomcat.magedu.com             80, 443   5s
tomcat               tomcat.magedu.com             80        1h
[root@k8s-master ingress]# kubectl describe ingress ingress-tomcat-tls
Name:             ingress-tomcat-tls
Namespace:        default
Address:          
Default backend:  default-http-backend:80 (<none>)
TLS:
  tomcat-ingress-secret terminates tomcat.magedu.com
Rules:
  Host               Path  Backends
  ----               ----  --------
  tomcat.magedu.com  
                        tomcat:8080 (<none>)
Annotations:
  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:  {"apiVersion":"extensions/v1beta1","kind":"Ingress","metadata":{"annotations":{"kubernetes.io/ingress.class":"nginx"},"name":"ingress-tomcat-tls","namespace":"default"},"spec":{"rules":[{"host":"tomcat.magedu.com","http":{"paths":[{"backend":{"serviceName":"tomcat","servicePort":8080},"path":null}]}}],"tls":[{"hosts":["tomcat.magedu.com"],"secretName":"tomcat-ingress-secret"}]}}

  kubernetes.io/ingress.class:  nginx
Events:
  Type    Reason  Age   From                      Message
  ----    ------  ----  ----                      -------
  Normal  CREATE  20s   nginx-ingress-controller  Ingress default/ingress-tomcat-tls

（4）访问测试：https://tomcat.magedu.com:30443