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如何使用 Istio 进行多集群部署管理:单控制平面 Gateway 连接拓扑

日期:2020-05-06点击:422

头图.png

作者 | 王夕宁  阿里巴巴高级技术专家

**导读:**本文摘自于由阿里云高级技术专家王夕宁撰写的《Istio 服务网格技术解析与实践》一书,讲述了如何使用 Istio 进行多集群部署管理来阐述服务网格对多云环境、多集群即混合部署的支持能力。

前文详情: 如何使用 Istio 进行多集群部署管理:单控制平面 VPN 连接拓扑

单控制平面拓扑下,多个 Kubernetes 集群共同使用在其中一个集群上运行的单个 Istio 控制平面。控制平面的 Pilot 管理本地和远程集群上的服务,并为所有集群配置 Envoy Sidecar 代理。

集群感知的服务路由

Istio 1.1 中引入了集群感知的服务路由能力,在单一控制平面拓扑配置下,使用 Istio 的 Split-horizon EDS(水平分割端点发现服务)功能可以通过其入口网关将服务请求路由到其他集群。基于请求源的位置,Istio 能够将请求路由到不同的端点。

在该配置中,从一个集群中的 Sidecar 代理到同一集群中的服务的请求仍然被转发到本地服务 IP。如果目标工作负载在其他集群中运行,则使用远程集群的网关 IP 来连接到该服务。

1.png (集群感知的服务路由)

如图所示,主集群 cluster1 运行全套的 Istio 控制平面组件,同时集群 cluster2 仅运行 Istio Citadel、Sidecar Injector 和 Ingress 网关。不需要 VPN 连接,不同集群中的工作负载之间也不需要直接网络访问。

从共享的根 CA 为每个集群的 Citadel 生成中间 CA 证书,共享的根 CA 启用跨不同集群的双向 TLS 通信。为了便于说明,我们将 samples/certs 目录下 Istio 安装中提供的示例根 CA 证书用于两个集群。在实际部署中,你可能会为每个集群使用不同的 CA 证书,所有 CA 证书都由公共根 CA 签名。

在每个 Kubernetes 集群中(包括示例中的集群 cluster1 与 cluster2)使用以下命令为生成的 CA 证书创建 Kubernetes 密钥:

kubectl create namespace istio-system kubectl create secret generic cacerts -n istio-system \ --from-file=samples/certs/ca-cert.pem \ --from-file=samples/certs/ca-key.pem \ --from-file=samples/certs/root-cert.pem \ --from-file=samples/certs/cert-chain.pem 

Istio 控制平面组件

在部署全套 Istio 控制平面组件的集群 cluster1 中,按照以下步骤执行:

1.安装 Istio 的 CRD 并等待几秒钟,以便将它们提交给 Kubernetes API 服务器,如下所示:

for i in install/kubernetes/helm/istio-init/files/crd*yaml; do kubectl apply -f $i; done 

2.然后开始在集群 cluster1 中部署 Istio 控制平面。

如果 helm 依赖项缺失或者不是最新的,可以通过 helm dep update 来更新这些依赖项。需要注意的是,因为没有使用 istio-cni,可以暂时将其从依赖项 requirements.yaml 中去掉再执行更新操作。具体命令如下所示:

helm template --name=istio --namespace=istio-system \ --set global.mtls.enabled=true \ --set security.selfSigned=false \ --set global.controlPlaneSecurityEnabled=true \ --set global.meshExpansion.enabled=true \ --set global.meshNetworks.network2.endpoints[0].fromRegistry=n2-k8s-config \ --set global.meshNetworks.network2.gateways[0].address=0.0.0.0 \ --set global.meshNetworks.network2.gateways[0].port=15443 \ install/kubernetes/helm/istio > ./istio-auth.yaml 

请注意,网关地址设置为 0.0.0.0。这是一个临时占位符值,在集群 cluster2 部署之后将更新为其网关的公共 IP 值。

将 Istio 部署到 cluster1,如下所示:

kubectl apply -f ./istio-auth.yaml 

确保上述步骤在 Kubernetes 集群中执行成功。

3. 创建网关以访问远程服务,如下所示:

kubectl create -f - <<EOF apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3 kind: Gateway metadata: name: cluster-aware-gateway namespace: istio-system spec: selector: istio: ingressgateway servers: - port: number: 15443 name: tls protocol: TLS tls: mode: AUTO_PASSTHROUGH hosts: - "*" EOF 

上述网关配置了一个专用端口 15443 用来将传入流量传递到请求的 SNI 标头中指定的目标服务,从源服务到目标服务一直使用双向 TLS 连接。

请注意虽然该网关定义应用于集群 cluster1,但因为两个集群都与同一个 Pilot 进行通信,此网关实例同样也适用于集群 cluster2。

istio-remote 组件

在另一集群 cluster2 中部署 istio-remote 组件,按照以下步骤执行:

1.首先获取集群 cluster1 的入口网关地址,如下所示:

export LOCAL_GW_ADDR=$(kubectl get svc --selector=app=istio-ingressgateway \ -n istio-system -o jsonpath="{.items[0].status.loadBalancer.ingress[0].ip}") 

通过执行以下命令,使用 Helm 创建 Istio remote 部署 YAML 文件:

helm template --name istio-remote --namespace=istio-system \ --values install/kubernetes/helm/istio/values-istio-remote.yaml \ --set global.mtls.enabled=true \ --set gateways.enabled=true \ --set security.selfSigned=false \ --set global.controlPlaneSecurityEnabled=true \ --set global.createRemoteSvcEndpoints=true \ --set global.remotePilotCreateSvcEndpoint=true \ --set global.remotePilotAddress=${LOCAL_GW_ADDR} \ --set global.remotePolicyAddress=${LOCAL_GW_ADDR} \ --set global.remoteTelemetryAddress=${LOCAL_GW_ADDR} \ --set gateways.istio-ingressgateway.env.ISTIO_META_NETWORK="network2" \ --set global.network="network2" \ install/kubernetes/helm/istio > istio-remote-auth.yaml 

2. 将 Istio remote 组件部署到 cluster2,如下所示:

kubectl apply -f ./istio-remote-auth.yaml 

确保上述步骤在 Kubernetes 集群中执行成功。

3.更新集群 cluster1 的配置项 istio,获取集群 cluster2 的入口网关地址,如下所示:

export REMOTE_GW_ADDR=$(kubectl get --context=$CTX_REMOTE svc --selector=app= istio-ingressgateway -n istio-system -o jsonpath="{.items[0].status.loadBalancer.ingress [0].ip}") 

在集群 cluster1 中编辑命名空间 istio-system 下的配置项 istio,替换 network2 的网关地址,从 0.0.0.0 变成集群 cluster2 的入口网关地址 ${REMOTE_GW_ADDR}。保存后,Pilot 将自动读取更新的网络配置。

4.创建集群 cluster2 的 Kubeconfig。通过以下命令,在集群 cluster2 上创建服务账号 istio-multi 的 Kubeconfig,并保存为文件 n2-k8s-config:

CLUSTER_NAME="cluster2" SERVER=$(kubectl config view --minify=true -o "jsonpath={.clusters[].cluster.server}") SECRET_NAME=$(kubectl get sa istio-multi -n istio-system -o jsonpath='{.secrets[].name}') CA_DATA=$(kubectl get secret ${SECRET_NAME} -n istio-system -o "jsonpath={.data['ca\.crt']}") TOKEN=$(kubectl get secret ${SECRET_NAME} -n istio-system -o "jsonpath={.data['token']}" | base64 --decode) cat <<EOF > n2-k8s-config apiVersion: v1 kind: Config clusters: - cluster: certificate-authority-data: ${CA_DATA} server: ${SERVER} name: ${CLUSTER_NAME} contexts: - context: cluster: ${CLUSTER_NAME} user: ${CLUSTER_NAME} name: ${CLUSTER_NAME} current-context: ${CLUSTER_NAME} users: - name: ${CLUSTER_NAME} user: token: ${TOKEN} EOF 

5.将集群 cluster2 加入到 Istio 控制平面。

在集群 clusterl 执行以下命令,将上述生成的集群 cluster2 的 kubeconfig 添加到集群 cluster1 的 secret 中,执行这些命令后,集群 cluster1 中的 Istio Pilot 将开始监听集群 cluster2 的服务和实例,就像监听集群 cluster1 中的服务与实例一样:

kubectl create secret generic n2-k8s-secret --from-file n2-k8s-config -n istio-system kubectl label secret n2-k8s-secret istio/multiCluster=true -n istio-system 

部署示例应用

为了演示跨集群访问,在第一个 Kubernetes 集群 cluster1 中部署 sleep 应用服务和版本 v1 的 helloworld 服务,在第二个集群 cluster2 中部署版本 v2 的 helloworld 服务,然后验证 sleep 应用是否可以调用本地或者远程集群的 helloworld 服务。

1.部署 sleep 和版本 v1 的 helloworld 服务到第一个集群 cluster1 中,执行如下命令:

kubectl create namespace app1 kubectl label namespace app1 istio-injection=enabled kubectl apply -n app1 -f samples/sleep/sleep.yaml kubectl apply -n app1 -f samples/helloworld/service.yaml kubectl apply -n app1 -f samples/helloworld/helloworld.yaml -l version=v1 export SLEEP_POD=$(kubectl get -n app1 pod -l app=sleep -o jsonpath={.items..metadata.name}) 

2.部署版本 v2 的 helloworld 服务到第二个集群 cluster2 中,执行如下命令:

kubectl create namespace app1 kubectl label namespace app1 istio-injection=enabled kubectl apply -n app1 -f samples/helloworld/service.yaml kubectl apply -n app1 -f samples/helloworld/helloworld.yaml -l version=v2 

3.登录到命名空间 istio-system 下的 istio-pilot 容器中,运行 curl localhost:8080/v1/registration | grep helloworld -A 11 -B 2 命令,如果得到如下类似的结果就说明版本 v1 与 v2 的 helloworld 服务都已经注册到 Istio 控制平面中了:

微信图片_20200428144254.jpg

4.验证在集群 cluster1 中的 sleep 服务是否可以正常调用本地或者远程集群的 helloworld 服务,在集群 cluster1 下执行如下命令:

kubectl exec -it -n app1 $SLEEP_POD sh 

2.png

登录到容器中,运行 curl helloworld.app1:5000/hello。

如果设置正确,则在返回的调用结果中可以看到两个版本的 helloworld 服务,同时可以通过查看 sleep 容器组中的 istio-proxy 容器日志来验证访问的端点 IP 地址,返回结果如下所示:

3.png

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作者简介

王夕宁 阿里云高级技术专家,阿里云服务网格产品 ASM 及 Istio on Kubernetes 技术负责人,专注于 Kubernetes、云原生、服务网格等领域。曾在 IBM 中国开发中心工作,担任过专利技术评审委员会主席,拥有 40 多项相关领域的国际技术专利。《Istio 服务网格解析与实战》一书由其撰写,详细介绍了 Istio 的基本原理与开发实战,包含大量精选案例和参考代码可以下载,可快速入门 Istio 开发。Gartner 认为,2020 年服务网格将成为所有领先的容器管理系统的标配技术。本书适合所有对微服务和云原生感兴趣的读者,推荐大家对本书进行深入的阅读。

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