深度剖析Istio共享代理新模式Ambient Mesh-低调大师

深度剖析Istio共享代理新模式Ambient Mesh

2022-09-24 392

摘要：今年9月份，Istio社区宣布Ambient Mesh开源，由此引发国内外众多开发者的热烈讨论。

本文分享自华为云社区《深度剖析！Istio共享代理新模式Ambient Mesh》，作者：华为云云原生团队。

今年9月份，Istio社区宣布Ambient Mesh开源，由此引发国内外众多开发者的热烈讨论。实际上，通过与Istio TOC成员linsun（https://github.com/linsun）的交流，我们得知早在2021年，http://Solo.io已经开始共享代理的研究和设计，同样也是在2021年Google内部也在探索共享代理模式。因此，两家公司一拍即合，今年4~5月份开始以协作开发的方式，加速共享代理模式的发展。

目前Ambient Mesh已经发布预览版本，感兴趣的读者可以按需体验。由于篇幅限制，本文主要针对Ambient Mesh架构及四层流量治理的流程进行深度剖析，关于七层流量治理的详解，请关注后续文章。

1.Ambient Mesh 是什么

简单来讲，Ambient Mesh是Istio服务网格的一种共享代理的新模式。它是由 Google 和 http://Solo.io 联合开发的一种新的数据面模式，旨在简化操作、提升应用兼容性并降低基础设施成本。Ambient模式可在放弃引入 Sidecar 的情况下，保持 Istio 的零信任安全、流量管理和遥测等核心功能。

2.Ambient Mesh架构分析

开始Ambient的架构之前，我们先简单回顾一下Istio 的架构。其主要由两部分组成，分别是控制面和数据面。控制面Istiod进行基本的配置生成和推送，管理着所有的数据面；数据面引入 Sidecar 代理，接管应用的入口和出口流量。

图1 Istio架构

相比Sidecar，Ambient Mesh提供一种侵入性更低，升级管理更简单的选择。Ambient 将 Istio 的功能分成两个不同的层次，安全覆盖层（四层治理）和七层处理层（七层治理）：

图2 Ambient mesh分a层

• 安全覆盖层：处理TCP路由、监控指标、访问日志，mTLS 隧道，简单的授权
• 七层处理层：除安全覆盖层的功能外，提供HTTP协议的路由、监控、访问日志、调用链、负载均衡、熔断、限流、重试等流量管理功能以及丰富的七层授权策略

Ambient Mesh下的负载可与 Sidecar 模式下的负载无缝互通，允许用户根据自己的需要来混合搭配使用两种模式。

• 四层治理架构：在 Sidecar 模式下，Istio 通过 InitContainer 或 Istio-CNI 实现流量拦截。Ambient Mesh下 Istio-CNI 是必选组件，下图展示了基本的 Ambient Mesh四层治理架构：

图3 Ambient mesh四层治理架构

Istio-CNI 中，新增 Ambient 的处理模块，该模块会监听 Namespace 以及 Pod 的变化，为所在节点的应用设置路由和iptables规则:

• 路由：设置路由表，将本节点应用发出的流量路由到 ztunnel，以及将本节点接收的流量路由到ztunnel。

• iptables：在ztunnel容器中设置iptables规则，将流量透明拦截至 ztunnel 对应的端口上。

ztunnel 是 Ambient 新引入的组件，以 Daemonset 的方式部署在每个节点上。ztunnel 为网格中的应用通信提供 mTLS、遥测、身份验证和 L4授权功能，不执行任何七层协议相关的处理。只有当ztunnel运行在工作负载相同的节点上时，控制面才会将工作负载证书颁发给该 ztunnel。因此当ztunnel 被攻击时，只有运行在该节点上的负载的证书可能被盗用，安全风险相对可控，这和其他实现良好的节点共享基础设施类似。

• 七层流量治理架构：目前 Ambient Mesh需要通过定义一个 Gateway API 资源显式对某个服务启用七层处理。下图展示了Ambient七层治理的架构：

图4 Ambient mesh七层治理架构

与Ambient四层治理相比，七层治理架构中新增了waypoint组件。Pilot 中新增了waypoint 的处理模块 , 它监听 ServiceAccount、Deployment、Gateway API对象的变化，然后调协相关的 waypoint对象：

• ServiceAccount发生变化时，Pilot会尝试更新当前命名空间下所有的 waypoint
• Deployment发生变化时，通过其OwnerReference 关联的 Gateway对象，触发waypoint的维护
• Gateway发生变化时，更新关联的 waypoint 代理

当前 Ambient创建 waypoint 代理需要依赖类似下面的Gateway API 资源:

apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1alpha2
kind: Gateway
metadata:
  name: productpage
  annotations:
    istio.io/service-account: bookinfo-productpage
spec:
 gatewayClassName: istio-mesh

gatewayClassName 值必须设置为 istio-mesh，否则可能会被忽略。每个 ServiceAccount 都有自己专用的 waypoint 代理，这点与 Sidecar 模型非常相似。建议每个服务使用自己单独的身份，避免带来额外的安全风险。
Pilot会将七层七层流量规则通过 xDS 更新至 waypoint 代理，实现七层相关流量治理能力。waypoint 代理不一定保证与其所服务的工作负载位于同一节点，这似乎会带来一定的性能问题。但是对于 Istio 来说，延迟更多来自于复杂的七层处理，预计最终Ambient模式的七层治理延迟与 Sidecar 模式接近。waypoint 代理通过单独Deployment部署，因此可为其单独配置所需要的 CPU、内存，设置相关的HPA弹性伸缩策略，不再与应用耦合，提供更加灵活的扩展性并可以在一定程度上提升资源的使用率。

3.Ambient Mesh四层流量治理

我们知道ztunnel只能进行四层的流量治理，四层负载均衡以及TLS流量加密、基本的认证和鉴权等，而不能进行更高级的七层路由和认证鉴权。这里我们通过sleep应用访问bookinfo的例子，深入理解Ambient Mesh的四层流量是如何路由的。本例子的实际环境背景如下，sleep和productpage应用分别运行在两个不同的节点。

图5 Ambient mesh四层流量代理流程

• 在sleep容器内访问productpage服务，首先请求被拦截到同节点的ztunnel中，ztunnel做基本的四层负载均衡和TLS加解密，最后选择一个目标实例（productpage容器的IP）将本次请求转发出去。

• 本次请求进入productpage容器所在的节点，首先被拦截到ztunnel， ztunnel负责TLS流量的解密，然后执行用户指定的鉴权策略，最后将请求发往productpage容器。

以上就是Ambient mesh流量转发的一个基本流程，下面我们结合具体的xDS配置深入理解完整的通信流程。

3.1 sleep发送侧流量处理

（1）sleep访问productpage的流量被同节点的tunnel以TPROXY（透明代理）方式拦截转发到ztunnel(监听127.0.0.1:15001)，使用TPROXY的好处是保留原始的目的地址，ztunnel做转发时必须依赖原始目的地址。

-A PREROUTING -i pistioout -p tcp -j TPROXY --on-port 15001 --on-ip 127.0.0.1 --tproxy-mark 0x400/0xfff

（2）ztunnel通过"ztunnel_outbound"监听器，监听在15001端口。ztunnel_outbound监听器与Istio Sidecar模式的监听器完全不同，它包含所有本节点上的服务到整个网格其他服务的过滤器链。

图6 ztunnel_outbound监听器

可以看到所有的过滤器链都没有设置匹配条件（默认全部匹配），那么这时ztunnel怎么根据流量特征选择目标过滤器链的呢？原来在监听器根上还有一种设置过滤器匹配条件的方式，通过下面匹配到源地址为10.244.1.4，目的地址为10.96.179.71，目的端口为9080的流量，交由"spiffe://cluster.local/ns/default/sa/sleep_to_http_productpage.default.svc.cluster.local_outbound_internal"过滤器处理，

图7 ztunnel_outbound过滤器链匹配

（3）"spiffe://cluster.local/ns/default/sa/sleep_to_http_productpage.default.svc.cluster.local_outbound_internal"过滤器关联到同名的Cluster。该Cluster一共包含两个Endpoint实例，根据负载均衡算法选择某一个Endpoint，并且最重要的是将metadata（tunnel的destination和address）传递给名为"outbound_tunnel_lis_spiffe://cluster.local/ns/default/sa/bookinfo-productpage" 的监听器处理。

图8 outbound_internal内部Cluster配置

图9 outbound_internal内部Cluster Endpoint

（4）“outbound_tunnel_lis_spiffe://cluster.local/ns/default/sa/sleep”监听器通过“set_dst_address”过滤器根据上一步的选择的Endpoint的metadata设置数据的目的地址。假如前面outbound_internal Cluster选择的是10.244.2.8:9080这个Endpoint，那么这里的tunnel监听器将把10.244.2.8:15008设置为目的地址。另外该监听器，只有一个TcpProxy，关联到名为“outbound_tunnel_clus_spiffe://cluster.local/ns/default/sa/ sleep”的Cluster，那么流量自然交由该Cluster处理。TCP过滤器上还设置了HTTP Connect隧道（承载发送到10.244.2.8:9080的流量），供后面productpage所在节点的ztunnel使用。HTTP隧道是Ambient Mesh 组件之间安全通信的承载协议。

图10 outbound_tunnel监听器配置

outbound_tunnel Cluster的类型为“ORIGINAL_DST”，并且配置有UpstreamTlsContext，因此它负责流量TLS加密，然后直接发送到目的地址，即10.244.2.8:15008。

图11 outbound_tunnel cluster配置

3.2 productpage接收侧流量处理

（1）sleep访问productpage的流量（目的地址是“10.244.2.8:15008”）到达productpage所在的节点，以TPROXY（透明代理）方式被拦截到ztunnel(监听127.0.0.1:15008)，使用TPROXY的好处是保留原始的目的地址，ztunnel做转发时必须依赖原始目的地址。

10.244.2.8 via 192.168.126.2 dev istioin table 100 src 10.244.2.1
-A PREROUTING -i pistioin -p tcp -m tcp --dport 15008 -j TPROXY --on-port 15008 --on-ip 127.0.0.1 --tproxy-mark 0x400/0xfff

（2）ztunnel上面“ztunnel_inbound”监听器监听在15008端口，因此流量首先经过ztunnel_inbound监听器的处理。ztunnel_inbound监听器上面设置了TLS，根据其配置与下游进行TLS握手，从而所有的ztunnel之间基于双向TLS加密通信。另外，从下面配置中可以看到，CONNECT 升级已经设置，那么Envoy就会代理HTTP的Connect请求。除此之外，RouteMatch中设置了connectMatcher，意味着将HTTP Connect请求交由“virtual_inbound”Cluster处理。

图12 ztunnel_inbound监听器配置

（3）virtual_inbound Cluster类型为ORIGINAL_DST，并且设置使用x-envoy-original-dst-host HTTP Header重写原始目的地址，而此Header恰恰由发送侧的“outbound_tunnel_lis_spiffe://cluster.local/ns/default/sa/sleep”监听器设置，值为10.244.2.8:9080。因此本次请求通过virtual_inbound最终成功发送给productpage容器。

图13 virtual_inbound cluster配置

3.3 Ambient Mesh四层流量治理小结

图14 完整的服务访问四层代理

sleep访问productpage的实例中，虽然我们使用的是HTTP协议，但是从Ambient所有的组件视角来看，其代理的为TCP流量。前面我们深入分析了ztunnel中每一个监听器、每一个Cluster的工作原理，看起来可能会很复杂。故在此通过图14进行一个概要的总结，我们发现在通信的过程中，实际参加工作的模块并不多：

发送侧的路由、iptables：将流量拦截到ztunnel的15001端口
发送侧ztunnel：两个监听器和对应的两个cluster
接收侧的路由、iptables：将流量拦截到ztunnel的15008端口
接收ztunnel：virtual_inbound监听器及关联的cluster

4. 未来展望

Sidecar是 Istio 的特色，利用 Sidecar，对应用进行非常小的修改就可以享受服务网格带来的好处，减少运维负担；但是 Sidecar 模式也有一些限制：

侵入性：Sidecar 容器是以Admission Webhook的方式来注入，与应用容器属于同一个Pod，因此Sidecar的升级，必须伴随着业务容器的重建。对应用负载来可能是破坏性的（例如：长连接场景下滚动升级可能造成浪涌）。
资源利用率低：Sidecar 与应用一一对应，且必须预留足够的CPU和内存，可能导致整个集群资源利用率偏低；弹性扩缩容只能针对整个工作负载进行，无法单独对 Sidecar 进行。
流量中断：流量的捕获和 HTTP 处理由 Sidecar 完成，成本高且可能破坏一些不兼容 HTTP 的实现。

当前 Ambient Mesh已经较好地解决了 Sidecar 模式下应用和 Sidecar 的部署依赖问题，不再需要注入Sidecar；服务网格的能力是通过 ztunnel 和 waypoint proxy 提供的，应用和网格组件的部署和升级不再相互依赖。

另外，Ambient共享模式可以大大减少网格组件本身的资源开销，这一点对资源敏感的用户来说是一个巨大的福音。

Ambient仍然处于预览状态，许多特性仍然在开发中，在官方文档中已经列出不少限制，此外，社区用户在使用过程中也有新的发现：

• 不支持IPV6

• 与Calico CNI不兼容，因为Ambient创建的iptables与Calico冲突。

同时，目前基于 envoy 的 ztunnel 在 xDS 效率、多租户、遥测方面可能存在性能问题，未来可能会基于rust重写一个更加轻量、高性能的ztunnel。

长期来看，Sidecar模式依然会是Istio的主流模式。Ambient共享模式为Istio社区或者服务网格业界带来了足够的刺激，相信基于社区所有开发者的共同努力，Ambient共享模式将会成为Istio的第二选择。

点击关注，第一时间了解华为云新鲜技术~

微信关注我们

原文链接：https://my.oschina.net/u/4526289/blog/5580216

转载内容版权归作者及来源网站所有！

低调大师中文资讯倾力打造互联网数据资讯、行业资源、电子商务、移动互联网、网络营销平台。持续更新报道IT业界、互联网、市场资讯、驱动更新,是最及时权威的产业资讯及硬件资讯报道平台。

美国通过两党立法保护开源软件安全性

近日，美国通过两党立法将开源软件安全再次列入重点考量，称为《保护开源软件法案》 (Securing Open Source Software Act)，目标就是保护关键基础设施。美国参议员 Gary Peters (D-MI) 和国土安全和政府事务委员会主席兼高级成员 Rob Portman (R-OH)提出了两党立法，希望通过增强开源软件安全性来帮助保护联邦和关键基础设施。 Gary Peters 表示，“开源软件是数字世界的基石，Log4j 漏洞证明了我们对它的依赖程度。这一事件对联邦系统和关键基础设施公司——包括银行、医院和公用事业机构——构成了严重威胁，因为美国人每天都依赖这些公司提供基本服务。这项常识性的两党立法将有助于保护开源软件，并进一步加强我们对网络犯罪和对全国网络不断发起攻击的外国对手的网络安全防御。” Rob Portman 也说道：“正如我们在 Log4shell 漏洞中看到的那样，我们每天使用的计算机、手机和网站都包含容易受到网络攻击的开源软件，两党合作的《保护开源软件法案》将确保美国政府预测并减轻开源软件中的安全漏洞，以保护美国人最敏感的数据。” 据称，这项...

2022-09-26

448

摘要：本文基于FunctionGraph在Serverless 领域的FinOps探索和实践，提出业界首个Serverless函数总成本估计模型历川：华为云Serverless研发专家平山：华为云中间件Serverless负责人冯嘉：华为云中间件首席专家 Key Takeaways: 1）尽管Serverless的迅猛发展吸引了广泛深入的关注，Serverless函数总成本的事先估计仍缺乏有效的理论指导。本文基于FunctionGraph在Serverless 领域的FinOps探索和实践，提出业界首个Serverless函数总成本估计模型； 2）根据对成本模型的关键因素分析，提出五大类函数运行成本的优化方法；同时，为更好地帮助用户实现降本增效，华为云首次提出透明、高效、一键式的 “用户函数成本研究中心”。问题引言 Serverless 精确到毫秒级的按用付费模式使得用户不再需要为资源的空闲时间付费。然而，对于给定的某个应用函数，由于影响其计费成本的因素并不唯一，使得用户对函数运行期间的总计费进行精确的事先估计变成了一项困难的工作。以传统云资源的周期性租赁模式为例，通过周...

2022-09-24

492

资源下载

更多资源

Mario

马里奥是站在游戏界顶峰的超人气多面角色。马里奥靠吃蘑菇成长，特征是大鼻子、头戴帽子、身穿背带裤，还留着胡子。与他的双胞胎兄弟路易基一起，长年担任任天堂的招牌角色。

腾讯云软件源

为解决软件依赖安装时官方源访问速度慢的问题，腾讯云为一些软件搭建了缓存服务。您可以通过使用腾讯云软件源站来提升依赖包的安装速度。为了方便用户自由搭建服务架构，目前腾讯云软件源站支持公网访问和内网访问。

Sublime Text

Sublime Text具有漂亮的用户界面和强大的功能，例如代码缩略图，Python的插件，代码段等。还可自定义键绑定，菜单和工具栏。Sublime Text 的主要功能包括：拼写检查，书签，完整的 Python API ， Goto 功能，即时项目切换，多选择，多窗口等等。Sublime Text 是一个跨平台的编辑器，同时支持Windows、Linux、Mac OS X等操作系统。

WebStorm

WebStorm 是jetbrains公司旗下一款JavaScript 开发工具。目前已经被广大中国JS开发者誉为“Web前端开发神器”、“最强大的HTML5编辑器”、“最智能的JavaScript IDE”等。与IntelliJ IDEA同源，继承了IntelliJ IDEA强大的JS部分的功能。