ServiceMesh 2：控制面和数据面的职责（图文总结）

★ ServiceMesh系列

1 Service Mesh介绍

之前的章节我们详细介绍了ServiceMesh的基础知识.
ServiceMesh 是最新一代的微服务架构，作为一个基础设施层，能够与业务解耦，并解决复杂网络拓扑下微服务与微服务之间的通信。其实现形态一般为轻量级网络代理，并与应用SideCar部署，同时对业务应用透明。

2 Istio介绍

ServiceMesh 是一种强大微服务架构，但并不是一个架构产品，比较受欢迎的ServiceMesh产品有Istio、Linkerd和Consul Connect等。

其中的Istio 是最受欢迎、最强大、最值得信赖的服务网格。 Istio 由 Google、IBM 和 Lyft 于 2016 年创立，是云原生计算基金会的一个毕业项目， 与 Kubernetes 和 Prometheus 等项目并列。

Istio 可确保云原生和分布式系统具有弹性，帮助现代企业在保持连接和保护的同时跨不同平台维护其工作负载。 它启用安全和治理控制，包括 mTLS 加密、策略管理和访问控制、 支持网络功能，例如金丝雀部署、A/B 测试、负载平衡、故障恢复， 并增加对整个资产流量的可观察性。

Istio 并不局限于单个集群、网络或运行时的边界——在 Kubernetes 或 VM、多云、混合或本地上运行的服务都可以包含在单个网格中。

Istio 经过精心设计，具有可扩展性，并受到贡献者和合作伙伴的广泛生态系统的支持， 它为各种用例提供打包的集成和分发。您可以独立安装 Istio，也可以选择由提供基于 Istio 的解决方案的商业供应商提供的托管支持。

官方网站：https://istio.io/latest/

3 Istio部署逻辑

Istio 服务网格在部署逻辑上分为数据平面和控制平面。

• 数据平面是一组代理，用于调解和控制微服务之间的所有网络通信。 它们还收集和报告所有网格流量的可观测数据。
• 控制平面管理和配置数据平面中的代理。

Istio 支持两种主要的数据平面模式：
1. Sidecar 模式， 它会与您在集群中启动的每个 Pod 一起部署一个 Envoy 代理，或者与在虚拟机上运行的服务一同运行。
2. Ambient 模式， 使用每个节点的四层代理，并且可选地使用每个命名空间的 Envoy 代理来实现七层功能。

4 Istio架构图

Istio架构图如下：

它提供了如下功能：

• 针对HTTP，gRPC，WebSocket和TCP协议提供负载均衡；
• 精细的流量控制，比如A/B测试，金丝雀部署等；
• 模块化的插件设计，可以通过API进行访问，频率限制等；
• 全自动的请求遥测，包括请求的追踪，监控和日志；
• 强大的安全功能，比如认证，授权，加密等；

总之： Discovery、Configuration、Certificates

4.1 控制面

控制面负责服务治理，比如路由规则，流量规则（异常重试、超时重试、超时保护、限流、熔断），安全策略等，是服务网格的控制核心，通过控制面，可以配置服务网格中各个组件的行为。

为了结构化控制面的功能，Istio 将其分为Pilot，Mixer，Citadel 等组件，其各个部分对应的功能：

• Pilot：负责服务发现，负载均衡，路由规则等，不过Pilot不提供服务注册，只提供标准化的接口，可以方便的对接到各个服务注册中心，比如Eureka，Etcd等，然后通过服务发现控制Envoy的动态转发能力；
• Mixer：负责访问控制，策略执行等，在最初的Istio的架构设计中，Mixer是中心化的组件，由于Mixer提供了各种访问控制策略，所以Mixer的负载压力比较大，发起请求之前做一次逻辑检查，请求结束后还需要上报处理，Mixer接收的请求至少涨了原始请求的2倍。为了解决这个问题，Mixer增加了缓存的功能，逻辑处理和上报都由Mixer缓存完成，这样Mixer的负载压力就能缓解；
• Citadel：负责安全功能，比如认证授权等，比如那些服务安全级别比较高，需要对请求做单独的加密处理或者角色控制，Istio 通过引入Citadel组件，将安全能力透明化；

4.2 数据面

可以看到架构图上，每个服务都有一个sidecar，也就是 Envoy，这个就是数据面，负责服务间通讯和负载均衡。
所有进入服务的请求都经过 Envoy，然后根据路由规则转发到相应的服务，所以 Envoy 被称为服务网格的入口。
Envoy 架构图如下：

Envoy包括几个部分：

• listeners：监听器，负责监听端口，接收请求，比如上述的配置文件中监听10000端口；
• filter Chains：过滤器链，可以在配置文件配置对于请求的处理链路，可以在任何一个套接字上，按我们的需要去拼接多个过滤器，来实现对流量的、不同功能的处理，比如上述的配置文件中的过滤器链，在监听器上添加了 HttpConnectionManager 过滤器，这个过滤器负责解析HTTP协议；
• cluster defintios：设置转发到下游的upsteam server，比如上述配置文件中的cluster defintios，设置转发到xxx域名上

Envoy提供了xDS API标准（x-discovery service），也就是服务发现服务 ，Envoy通过xDS API获取配置信息，然后根据配置信息进行转发，包括几个类型，分别是：EDS（endpoint discovery service），LDS（listener discovery service）和CDS（cluster discovery service），对应实现节点服务发现，监听器服务发现和集群服务发现。

4.3 控制面和数据面交互过程

整个交付过程分为3步骤：管理员使用控制面进行策略配置、策略下发数据面、数据面策略生效。

4.3.1 配置 istioctl、kubectl , 调用k8s api 的过程

4.3.2 Pilot通过xDS 接口进行策略下发

4.3.3 流量策略的执行过程

5 总结

• Service Mesh是新一代的微服务架构
• Istio 是ServiceMesh的一种实现架构，主要包含数据面和控制面，他们的交互步骤如下：
  • 控制面支撑策略配置
  • 策略下发至数据面
  • 数据面策略生效并实现流量治理