Istio 流量管理原理与协议扩展 赵化冰 赵化冰 腾讯云 服务网格团队 https://zhaohuabing.com Service Mesh Service Mesh Layer 处理服务间通信（主要是七层通信）的云原生基础设施层： Service Mesh 将各个服务中原来使用 SDK 实现的七层通信相关功能抽象 出来，使用一个专用层次来实现，Service Mesh 对应用透明，因此应用 Istio 支持的七层协议非常有限：HTTP 1.1、 HTTP2、 gRPC 其余协议只能在四层进行处理（Thrift、Redis 等其他七层协议的控制面支持非常有限） 11 Istio 协议扩展：控制面和数据面需要进行的改动 apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3 kind: VirtualService metadata: name: reviews-route xDS 配置下发 优点： • 控制面改动小，可以快速实现对新协议的支持 问题： • Pilot 目前缺少一个良好的协议扩展机制 • Pilot 需要理解 Envoy filter 中协议特定的知识 • Pilot 代码中维护众多七层协议的代价较大 12 Istio 协议扩展：常见七层协议的路由 Protocol Destination service Parameters could be

l 可观测性不足，是否有通用机制提升产品线可观测性？ Ø 部分模块上下游超时配置不合理，超时倒挂，集中管理调整成本比较高。 Ø 多数模块对单点异常，慢节点等异常缺乏容忍能力，推动每个模块独立修复，成本高，上线周期长。 Ø 因重试导致雪崩，底层RPC框架需要重复建设来定制动态熔断能力。 Ø 升级一级服务建设中，发现很多模块单点、多点故障不能容忍，能否低成本解决？ Ø 比如常用运维降级、止损 百度APP架构缺少上下游模块视图和流量视图，黄金指标不足，导致容量管理压测效率低、混沌工程实施成 本高、故障定位成本高。 #IstioCon 目标 l 服务治理策略平台化 联合公司内部，通过合作共建方式实现完整的Service Mesh架构，提升架构策略灵活性，缩 减服务治理迭代周期，降低服务治理研发成本。 l 服务治理能力通用化 基于Service Mesh架构共建高级架构能力，为不同模块、不同产品线、甚至整个公司内提供 服务发现一一对应。 Ø RPC劫持，构建可快速扩展标准方案。 Ø 自身稳定性，降级（兜底）、隔离、监控多种方式保证。 ①bns, 百度内部基础设施层,服务发现。 ②bns-agent,服务发现接入层。 ㊟ 内核劫持：Loopback方案 Ø loopback地址的管理和分配。 Ø 需要打通业务和loopback之间的映射管 理。 RPC劫持：可扩展方案 Ø envoy启动后注册port到bns-agent。

，类似于 Web ERP，是一个典型 的三层架构。 微服务之痛 • 两年来，我们将若干复杂的Rails单体应用拆分、迁移到微服务架构， 逻辑用Golang重写，引入了Kubernetes。随着模块越来越多，复杂 的通信带来矛盾日渐突出：流量管理、监控… 最初的尝试：Gateway • 如右图，最初我们尝试用一个自研的 简单Gateway来提供统一的认证、授 权、限流、监控，但问题很快凸显出 充分利用Istio，我们通过扩展Istio来整合这些系统，涉及两方面： • 扩展Sidecar：加入认证支持，提供了对业务系统的认证支持，将用 户相关信息以header的形式传入mesh，后续的授权、监控、限流 都可以用Istio原生的机制来完成 • 扩展Mixer：选择一部分流量来应用对应的授权逻辑 FreeWheel的Istio实践 • 右图为接入FreeWheel自定义认证和 授权模块的原理图 扩展Sidecar接入认证 扩展Sidecar接入认证 • 修改 istio-system/istio-sidecar- injector 这个ConfigMap，加入自定 义反向代理 FreeWheel的Istio实践 • 通过在Sidecar中增加FreeWheel自定义认证支持，下游可以充分利用 Istio提供的授权、限流、监控接口，不过要注意Sidecar也有一些小坑 ： • Sidecar没有k8s自动

Envoy’s Filter Chain Listener Downstre am Filter Filter Filter Cluster Upstrea m Filter Chain 扩展自定义Filter, 并通过xDS API动态配置 L4 Network Filters L7 Http Filters 3 Listener & Filters before outbound 理中。 ■ 简化了扩展Envoy的过程, 这种解决方案通常使用WebAssembly（WASM）的新技术， 它是一种有效的可移植二进制指令格式，提供了可嵌入和隔离的执行环境。 6 使用Wasm for Proxy ● Pros ○ 敏捷性：过滤器可以动态加载到正在运行的Envoy进程中，而无需停止或重新编译。 ○ 可维护性：不必更改Envoy自身基础代码库即可扩展其功能。 ○ 多样性： Artifacts项目的参考实现, 可显著简化OCI注册库中任意内容的存储; ● 可以使用ORAS API/SDK Library来构建自定义工具， ○ 将WebAssembly模块推入到OCI注册库中; ○ 或者从OCI注册库中拉取WebAssembly模块; ● oras cli类似于docker cli 10 在ACR EE中使用ORAS CLI ● 阿里云容器镜像服务企业版ACR EE作为企业级云原生应用制品管理平台，

Service Mesh 改造 /01 对比传统微服务架构和 Service Mesh 化之后有哪些优缺点4/23 微服务 模块 • 安全 • 配置中心 • 调用链监控 • 网关 • 监控告警 • 注册和发现 • 容错和限流 特点 • 独立部署 • 强化模块边界 • 技术多样性5/23 Service Mesh 优点 • 统一的服务治理 • 服务治理和业务逻辑解藕 缺点 link: https://github.com/istio/istio12/23 MOSN MOSN 是一款使用 Go 语言开发的网络代理软件，作为云原生的网络数据平面，旨在为服务提供 多协议、模块化、智能化、安全的代理能力。MOSN 是 Modular Open Smart Network 的简称。 MOSN 可以与任何支持 xDS API 的 Service Mesh 集成，亦可以作为独立的四、七层负载均衡， EnvoyFilter 资源来给 xDS 资源打 patch • Envoy 解析 Dubbo 协议中的 Serivce 和 Method • 根据路由策略配置把流量转发到对应的 Provider • 通过WASM扩展 华为云：https://support.huaweicloud.com/bestpractice-istio/istio_bestpractice_3005.html18/23 改造方案2 MOSN+Dubbo-go

Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3 目录 1. Envoy启动及配置文件 2. Envoy流量拦截原理、常用部署方式 3. Envoy可扩展过滤器架构、可观测性 4. Envoy线程模型 5. 生产环境问题分析及解决方法 6. 针对Envoy做的一些优化及效果 7. 常用性能分析测试工具及使用方法 8. 华为ASM产品介绍 Copyright 微服务架构最早由Fred George在2012年的一次技术大会上所提出，他讲到如何通过拆分SOA服务实现服务之间的解耦， 这是微服务最早的雏形。 • 微服务架构通过细粒度的服务解耦拆分，带来缩短开发周期、独立部署、易扩展等好处的同时，同时带来对服务发现、负 载均衡、熔断等能力前所未有的诉求。 • 第一阶段为dubbo、SpringCloud侵入式开发框架，语言强相关。 • 非侵入服务网格最早为2016年Linkerd。 能力，包括服务发现、路由、高级负载均衡、动态配置、链路安全及证书更新、目标健康检查、 完整的可观测性等。 • 目前常见数据面主要有三种：Envoy、Linkerd、Traefic。Envoy由于高性能和扩展能力前在数据面遥 遥领先。 • Iptables使Pod间出入应用的流量均由Envoy代理，对应用来说完全透明。支持主要常用网路协议 Http1/Http2/Tls/gRPC/Tcp等。 Copyright

@zhaohuabing @zhaohuabing @zhaohuabing @zhaohuabing #IstioCon Agenda ❏ Service Mesh 中的七层流量管理能力 ❏ 几种扩展 Istio 流量管理能力的方法 ❏ Aeraki - 在 Isito 服务网格中管理所有七层流量 ❏ Demo - Dubbo Traffic Management ❏ MetaProtocol locality load balancing https://docs.qq.com/doc/DVnlqUVB1ek1laFBQ #IstioCon What’s next？ 现阶段协议扩展方案面临的挑战： ● 在 Mesh 中支持一个七层协议的工作量较大： ○ 数据面：编写一个 Envoy filter 插件——流量管理（RDS、 负载均衡、熔断、流量镜像、故障注入等）、编解码 ○ 控制面：Aeraki + Istio 提供控制面管理，实现按请求 header 路由、灰度发布、地域感知LB、流量镜像等高级 流量管理能力。 ● 基于 MetaProtocol 框架扩展开发，只需要实现 encode、 decode 的少量接口即可在 Istio 中支持一个新的七层协议 ● 为七层协议如 Dubbo、Thrift 等等添加 RDS 能力 #IstioCon MetaProtocol：控制面

限流 ACL 故障注入 服务身份和安全 认证 鉴权 平台支持 Kubernetes CloudFoundry Eureka 集成和定制 ACL 日志 配额 Consul 功能 扩展 Istio总体架构 Istio & Kubernetes：架构结合 Kube-APIServer Etcd istioctl / kubectl Pilot Envoy SVC Pod