摘要 从架构设计上来看，Istio服务网格在逻辑上分为控制平面和数据平面两部分。其中，控制平面Pilot负责管理和配置代理来路由流量，并配置Mixer以实施策略和收集遥测数据；数据平面由一组以Sidecar方式部署的智能代理（Envoy）组成，这些代理可以调节和控制微服务及Mixer之间所有的网络通信。
1、Istio整体架构拓扑
2、Istio控制平面介绍
Istio的控制平面和Envoy的数据平面共同构成了一个引人注目的服务网格实现。两者都拥有蓬勃发展和充满活力的社区，并且面向下一代服务架构。Istio是独立于平台的，可运行于各种环境中，包括跨云、内部部署、Kubernetes、Mesos等。你可以在Kubernetes 上部署Istio或在具有Consul的Nomad上部署。Istio目前支持在Kubernetes上部署的服务、使用Consul注册的服务以及在虚拟机上部署的服务。
控制平面部分包括了Pilot、Mixer、Citadel和Galley四个组件
- Pilot
Istio的Pilot组件用于管理流量，可以控制服务之间的流量流动和API调用，通过Pilot可以更好地了解流量，以便在问题出现之前发现问题。这使得调用更加可靠、网络更加强健，即使遇到不利条件也能让应用稳如磐石。借助Istio的Pilot，你能够配置熔断器、超时和重试等服务级属性，并设置常见的连续部署任务，如金丝雀发布、A/B测试和基于百分比拆分流量的分阶段发布。Pilot为Envoy代理提供服务发现功能，为智能路由和弹性能力（如超时、重试、熔断器等）提供流量管理功能。Pilot将控制流量行为的高级路由规则转换为特定于Envoy代理的配置，并在运行时将它们传播到Envoy。此外，Istio提供了强大的开箱即用故障恢复功能，包括超时、支持超时预算和变量抖动的重试机制、发往上游服务的并发连接和请求数限制、对负载均衡池中的每个成员进行的定期主动运行状况检查，以及被动运行状况检查。
Pilot将平台特定的服务发现机制抽象化并将其合成为标准格式，符合数据平面API的任何Sidecar都可以使用这种标准格式。这种松散耦合使得Istio能够在多种环境下运行（例如Kubernetes、Consul、Nomad），同时可保持用于流量管理的操作界面相同。
- Mixer
Istio的Mixer组件提供策略控制和遥测收集功能，将Istio的其余部分与各个后端基础设施后端的实现细节隔离开来。Mixer是一个独立于平台的组件，负责在服务网格上执行访问控制和使用策略，并从Envoy代理和其他服务收集遥测数据。代理提取请求级属性，发送到Mixer进行评估。
Mixer中包括一个灵活的插件模型，使其能够接入到各种主机环境和后端基础设施，从这些细节中抽象出Envoy代理和Istio管理的服务。利用Mixer，你可以精细控制网格和后端基础设施后端之间的所有交互。
- Citadel
Istio Citadel安全功能提供强大的身份验证功能、强大的策略、透明的TLS加密以及用于保护服务和数据的身份验证、授权和审计（AAA）工具，Envoy可以终止或向网格中的服务发起TLS流量。为此，Citadel需要支持创建、签署和轮换证书。Istio Citadel提供特定于应用程序的证书，可用于建立双向TLS以保护服务之间的流量。
借助Istio Citadel，确保只能从经过严格身份验证和授权的客户端访问包含敏感数据的服务。Citadel通过内置身份和凭证管理提供了强大的服务间和最终用户身份验证。可用于升级服务网格中未加密的流量，并为运维人员提供基于服务标识而不是网络控制的强制执行策略的能力。Istio的配置策略在服务器端配置平台身份验证，但不在客户端强制实施该策略，同时允许你指定服务的身份验证要求。Istio的密钥管理系统可自动生成、分发、轮换与撤销密钥和证书。
- Galley
Galley用于验证用户编写的Istio API配置。随着时间的推移，Galley将接管Istio获取配置、处理和分配组件的顶级责任。它负责将其他的Istio组件与从底层平台（例如Kubernetes）获取用户配置的细节中隔离开来。
3Istio数据平面介绍
摘要 Istio使用Envoy代理作为默认的开箱即用服务代理，这些Envoy代理与参与服务网格的所有应用程序实例一起运行，但不在同一个容器进程中，形成了服务网格的数据平面。只要应用程序想要与其他服务通信，就会通过服务代理Envoy进行。由此可见，Envoy代理是数据平面和整个服务网格架构中的关键组成部分。
Envoy代理
Envoy最初是由Lyft开发的，用于解决构建分布式系统时出现的一些复杂的网络问题。它于2016年9月作为开源项目提供，一年后加入了云原生计算基金会（CNCF）。Envoy是用C++语言实现的，具有很高的性能，更重要的是，它在高负载运行时也非常稳定和可靠。网络对应用程序来说应该是透明的，当网络和应用程序出现问题时，应该很容易确定问题的根源。正是基于这样的一种设计理念，将Envoy设计为一个面向服务架构的七层代理和通信总线。
首先，Envoy是一种代理，在网络体系架构中扮演着中介的角色，可以为网络中的流量管理添加额外的功能，包括提供安全性、隐私保护或策略等。在服务间调用的场景中，代理可以为客户端隐藏服务后端的拓扑细节，简化交互的复杂性，并保护后端服务不会过载。例如，后端服务实际上是运行的一组相同实例，每个实例能够处理一定量的负载。
其次，Envoy中的集群（Cluster）本质上是指Envoy连接到的逻辑上相同的一组上游主机。那么客户端如何知道在与后端服务交互时要使用哪个实例或IP地址？Envoy作为代理起到了路由选择的作用，通过服务发现（SDS，Service Discovery Service），Envoy代理发现集群中的所有成员，然后通过主动健康检查来确定集群成员的健康状态，并根据健康状态，通过负载均衡策略决定将请求路由到哪个集群成员。而在Envoy代理处理跨服务实例的负载均衡过程中，客户端不需要知道实际部署的任何细节。
4、Istio组件功能及相互协作方式
Istio 的主要组件及其相互关系大致如图所示摘自《云原生服务网格Istio》
结合上图我们来理解Istio的各组件的功能及相互之间的协作方式。
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自动注入：在创建应用程序时自动注入 Sidecar代理Envoy程序。在 Kubernetes中创建 Pod时，Kube-apiserver调用控制面组件的 Sidecar-Injector服务，自动修改应用程序的描述信息并注入Sidecar。在 真正创建Pod时，在创建业务容器的Pod中同时创建Sidecar容器。
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流量拦截：在 Pod 初始化时设置 iptables 规则，基于配置的iptables规则拦截业务容器的Inbound流量和Outbound流量到Sidecar上。而应用程序感知不到Sidecar的存在，还以原本的方式 进行互相访问。上图中，流出frontend服务的流量会被 frontend服务侧的 Envoy拦截，而当流量到达forecast容器时，Inbound流量被forecast 服务侧的Envoy拦截。
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服务发现：服务发起方的 Envoy 调用控制面组件 Pilot 的服务发现接口获取目标服务的实例列表。上图中，frontend 服务侧的 Envoy 通过 Pilot 的服务发现接口得到forecast服务各个实例的地址。
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负载均衡：服务发起方的Envoy根据配置的负载均衡策略选择服务实例，并连接对应的实例地址。上图中，数据面的各个Envoy从Pilot中获取forecast服务的负载均衡配置，并执行负载均衡动作。
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流量治理：Envoy 从 Pilot 中获取配置的流量规则，在拦截到 Inbound 流量和Outbound 流量时执行治理逻辑。上图中， frontend 服务侧的 Envoy 从 Pilot 中获取流量治理规则，并根据该流量治理规则将不同特征的流量分发到forecast服务的v1或v2版本。
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访问安全：在服务间访问时通过双方的Envoy进行双向认证和通道加密，并基于服务的身份进行授权管理。上图中，Pilot下发安全相关配置，在frontend服务和forecast服务的Envoy上自动加载证书和密钥来实现双向认证，其中的证书和密钥由另一个管理面组件 Citadel维护。
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服务监测：在服务间通信时，通信双方的Envoy都会连接管理面组件Mixer上报访问数据，并通过Mixer将数据转发给对应的监控后端。上图中，frontend服务对forecast服务的访问监控指标、日志和调用链都可以通过这种方式收集到对应的监控后端。
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策略执行：在进行服务访问时，通过Mixer连接后端服务来控制服务间的访问，判断对访问是放行还是拒绝。上图中，Mixer 后端可以对接一个限流服务对从frontend服务到forecast服务的访问进行速率控制等操作。
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外部访问：在网格的入口处有一个Envoy扮演入口网关的角 色。上图中，外部服务通过Gateway访问入口服务 frontend，对 frontend服务的负载均衡和一些流量治理策略都在这个Gateway上执行。
