初识Istio一点通

Istio是由IBM、Google和Lyft开发的服务网格开源的。它可以透明地接入分布式应用程序，并提供服务网格的三大优点——流量管理、安全性和可观察性。

Istio支持各种微服务的部署环境，例如本地部署、云托管、Kubernetes容器以及虚拟机上运行的服务程序。虽然Istio支持多种平台，但通常情况下还是与Kubernetes平台上部署的微服务一起使用。

从根本上讲，Istio的工作原理是以Sidcar的形式将Envoy的扩展版本作为代理部署到每个微服务中。Istio的组件较多，部署起来很复杂，在早期曾大受诟病，经过几次迭代后，已经只有控制面和数据面。

1. 数据面

Istio的数据面主要包括Envoy代理的扩展版本。Envoy是一个开源的Sidecar模式的服务代理，可以将网络问题与应用程序分离开来。在部署了Istio的Kubernetes集群中，由于应用程序发送和接收的流量会被劫持到Envoy代理中，因此Envoy代理可以做到对应用程序的无侵入式接入。

Envoy的核心是在OSI模型的L3和L4层运行的网络代理，它通过使用可插入的网络过滤器来执行连接处理。此外，Envoy支持对HTTP的流量附加L7层过滤器，而且Envoy对HTTP/HTTP2和gRPC传输提供了非常好的支持。

Istio作为服务网格，提供的许多功能实际上是由Envoy代理实现的，Envoy代理内置的基础模块启用后就可以支持以下功能。

• 流量控制：Envoy针对HTTP/HTTP2、gRPC、WebSocket和TCP流量，具备丰富路由规则和流量控制能力。
• 高级流量治理功能：Envoy针对限速、限流、熔断、故障注入和自动重试等功能具备开箱即用的特性。
• 安全性：Envoy可以实施安全策略，也可以对微服务之间的通信做访问控制。支持微服务之间通信的双向TLS（Transport Layer Security，安全传输层）认证。

2. 控制面

控制面负责管理和配置数据面中的Envoy代理。在Istio架构中，控制面的核心组件是Istiod，Istiod负责将高级路由规则和流量治理规则转换为特定于Envoy的配置，并在运行过程中下发给Sidecar容器。基于Kubernetes的可扩展性（可以自定义CRD和控制器），这些配置都被抽象为Kubernetes中的自定义资源并存储到ETCD中。

从根本上说，Istiod仍使用与先前各个组件相同的代码和API。例如，Pilot负责抽象特定于平台的服务发现机制，并将其合成为Sidecar可以使用的标准格式。因此，Istio可以支持针对多个环境（例如Kubernetes或虚拟机）的服务发现。

此外，Istiod还提供安全性支持，通过内置的身份和凭据管理，实现了强大的服务到服务之间的最终用户身份验证。借助Istiod，我们可以基于服务身份来实施安全策略，该过程也充当证书颁发机构并生成证书，以促进数据面中的TLS通信。

Istio使用强大的Envoy服务代理扩展了Kubernetes，以建立一个可编程、应用程序感知的网络。Istio与Kubernetes和传统工作负载一起使用，为复杂的部署带来标准且通用的流量治理、遥测和安全策略。

1. 无侵入的流量治理

Istio的流量路由规则让我们可以轻松控制服务之间的流量和API调用。Istio简化了断路器、超时和重试等服务级别属性的配置，可以轻松实现一些流量治理功能，例如AB测试、基于百分比流量的部署。Istio还提供了开箱即用的可靠性功能，可以帮助应用更灵活地应对相关服务或网络的故障。

Istio的流量管理模型依赖于和服务一起部署的代理。我们的服务网格发送和接收的所有流量（数据面流量）通过Envoy进行代理，从而轻松引导和控制网格周围的流量，无须对服务进行任何更改。

2. 时刻了解服务调用情况

Istio为网格内的所有服务通信生成详细的遥测数据。这种遥测提供了服务行为的可观察性，使我们能够对应用程序进行故障排除、维护和优化，而不会给服务研发人员带来额外的负担。通过Istio，我们可以全面了解受监控的服务如何与其他服务和Istio组件本身进行交互。

Istio生成以下类型的遥测数据以提供服务网格整体的可观察性。

• 指标：Istio根据监控的4个黄金信号（延迟、流量、错误和饱和）生成一组服务指标，还提供了网络控制面的详细指标，以及一组基于这些指标构建的默认网格监控仪表板。
• 分布式追踪：Istio为每个服务生成分布式链路数据，让我们可以详细了解网格内的调用流和服务依赖关系。
• 访问日志：当流量流入网格内的服务时，Istio可以生成每个请求的完整记录，包括源和目标元数据。

3. 安全策略

将单体应用分解为原子服务有多种好处，包括更好的敏捷性、可扩展性、服务重用能力等。然而，微服务也有特殊的安全需求。

• 为了防御中间人入侵，微服务需要流量加密。
• 为了提供灵活的服务访问控制，需要双向TLS和细粒度的访问策略。
• 为了确定谁在什么时间做了什么，需要配置审计工具。I

Istio Security提供了一个全面的安全解决方案。Istio安全功能可以减少针对数据、端点、通信和平台的内部威胁和外部威胁。

Istio安全功能提供强大的TLS加密策略以及身份验证、授权和审计工具来保护服务和数据安全。Istio安全的目标如下。

• 默认安全：无须更改应用程序代码和基础架构。
• 纵深防御：与现有安全系统集成，提供多层防御。
• 零信任网络：在不信任的网络上构建安全解决方案。

在服务治理方面，Istio提供了流量治理、遥测和安全三大能力。仅有这三大能力并不足以让它如此风靡，对应用程序的无侵入式接入和对Kubernetes的完美支持使得它在云原生下成为服务治理的宠儿。