背景介绍
微服务架构带来的开发便捷性使业务功能的开发周期明显缩短，通过对于云计算平台架构的原生优化，让业务功能的持续集成与交付更为敏捷。但同时微服务架构也引入了服务治理的诸多问题：一个应用由多个服务组成，每个服务有数个实例，每个实例的运行状态又在实时变化，这些催生了服务间通讯层的出现。通讯层既不与应用程序代码耦合，又能捕获到底层环境的动态变化并作出适当的调整，避免业务出现单点故障。
1.ServiceMesh简介
1.1服务网格(Service Mesh)简介
服务网络是一个基础设施层，用于处理服务间通信。云原生应用有着复杂的服务拓扑，服务网格负责在这些拓扑中实现请求的可靠传递。在实践中，服务网格通常实现为一组轻量级网络代理，它们与应用程序一起部署，但对应用程序透明。
从局部看，服务网格技术就是在应用节点上部署代理，应用将请求发给代理，由代理完成点对点的路由转发。
在上面的图中，如果把左边图中的应用程序去掉，只呈现出来代理和它们之间的调用关系(即右图)。这时Service Mesh的概念就会清晰：代理和调用关系形成完整的网络，代表服务间复杂的调用关系，承载着系统内的所有应用。
1.2服务网络架构特点及优势
1）点对点通讯：没有中心瓶颈。
2）对应用无入侵：可以支持异构技术产品的集成。同时对应用透明，应用开发不再需要关心复杂的网络通讯实现，可以专注业务逻辑的实现。
2.Istio及Envoy简介
Istio是一个由Google，IBM和Lyft团队合作开发的开源Service Mesh框架。目前已成为ServiceMesh的事实技术标准，被广泛应用于各个行业的IT架构。
Envoy 是用 C++语言开发的高性能代理，其内置服务发现、负载均衡、TLS终止、HTTP/2、GRPC代理、熔断器、健康检查，基于百分比流量拆分的灰度发布、故障注入等功能，用于协调服务网格中所有服务的入站和出站流量。
3.Envoy流量管理的原理
3.1Iptables介绍
Istio调用Linux中的iptables进行流量管理。iptables是一个运行在用户空间的应用软件，它通过控制Linux内核netfilter模块，来管理网络数据包的流动与转送，实际上netfilter才是防火墙真正的安全框架。netfilter是Linux网络安全大厦的基石，它提供了一整套钩子(Hook)函数机制，IP层的5个钩子点对应了iptables的5个内置链条：
- PREROUTING：在此DNAT。
- POSTROUTING：在此SNAT。
- INPUT：处理输入给本地进程的封包。
- OUTPUT：处理本地进程输出的封包。
- FORWARD：处理转发给其他机器、其他网络命名空间的封包。
3.2关于网络入站的IP封包
从网络入站的IP封包，先入TREOUTING链，而后进行路由判断：
1）如果封包路由目的地是本机：则进入INPUT链，然后发给本地进程。
2）如果封包路由目的地不是本机，并且启用了IP转发，则进入FORWARD链，然后通过POSTROUTING链，最后经过网网络接口发走。
3）对于本地进程发往协议栈的封包，则首先通过OUTPUT链，然后通过POSTROUTING链，最后经过网络接口发走。
3.3关于自定义链
除此以外，我们还可以自定义链，但自定义链只能被某个默认的链当做动作去调用才能起作用。
在Kubernetes中Istio通过Admission webhook的机制将Envoy Sidecar自动注入，与应用容器运行于同一个Pod中，这种情况下它们将共享网络名称空间，因此也使用同一个网络协议栈。
Istio 给应用 Pod 注入的配置主要包括：
1）Init 容器 istio-init：用于Pod中设置iptables端口转发。
2） Sidecar 容器 istio-proxy：运行Envoy Sidecar代理。
3.4Iptables配置规则
在容器初始化后，我们进入Sidecar容器切换为root用户，查看配置的iptables规则。
iptables -t nat -S
ISTIO_INBOUND 链：对所有进入Pod但非指定端口(如22)的流量全部重定向至15006端口(Envoy入口流量端口)进行拦截处理。
ISTIO_OUTPUT 链：将由 istio-proxy 用户空间发出且目的地不为localhost的Pod流出流量全部重定向至15001端口(envoy出口流量端口)。其他流量全部直接放行至下一个POSTROUTING链，不用被Envoy拦截处理。
整体流量流向示意图如下图所示:
1）进入Pod的Inbound流量首先被PREROUTING链拦截并处理。
2）当TCP请求进入PREROUTING链时全部交给ISTIO_INBOUND处理。
-A PREROUTING -p tcp -j ISTIO_INBOUND
3）请求目标端口非15008/22/15090/15021/15020的TCP请求全部交给ISTIO_IN_REDIRECT处理。
-A ISTIO_INBOUND -p tcp -j ISTIO_IN_REDIRECT
4）将发送到此的TCP请求全部重定向至15006端口(Envoy入口流量端口)
-A ISTIO_IN_REDIRECT -p tcp -j REDIRECT --to-ports 15006
5）在Envoy内部处理后，决定将数据包转发到应用，这一步对Envoy来说属于出口流量，会被netfilter拦截转发至出口流量OUTPUT链。
6）出站请求，当TCP请求进入OUTPUT链时全部交给ISTIO_OUTPUT处理。
-A OUTPUT -p tcp -j ISTIO_OUTPUT
7）匹配出站请求对应规则，请求本地服务，出口为lo网卡同时来自istio-proxy用户空间，流量返回到它的调用点中的下一条链执行，即POSTROUTING链 。
-A ISTIO_OUTPUT -m owner --uid-owner 1337 -j RETURN -A ISTIO_OUTPUT -m owner
--gid-owner 1337 -j RETURN
8）Sidecar发出的请求到达目标应用。
9）目标应用处理完业务逻辑后响应Sidecar，这一步对应用来说属于出口流量，再次被netfilter拦截转发至出口流量OUTPUT链。
10） 出站请求，当TCP请求进入OUTPUT链时全部交给ISTIO_OUTPUT处理。
-A OUTPUT -p tcp -j ISTIO_OUTPUT
11）请求下一个服务/响应请求，即请求非本地服务同时不来自istio-proxy用户空间，流量被转发至ISTIO_REDIRECT链。
-A ISTIO_OUTPUT -j ISTIO_REDIRECT
12）将重定向于此的TCP协议请求流量全部重定向至15001端口(Envoy出口流量端口)。
-A ISTIO_REDIRECT -p tcp -j REDIRECT --to-ports 15001
13）在Envoy内部处理后，决定将数据包对外转发，这一步对Envoy来说属于出口流量，会被netfilter拦截转发至出口流量OUTPUT链。
14）出站请求，当TCP请求进入OUTPUT链时全部交给ISTIO_OUTPUT处理。
-A OUTPUT -p tcp -j ISTIO_OUTPUT
15）请求非本地的服务，出口不为lo网卡同时来自istio-proxy用户空间则跳过了ISTIO_REDIREC处理，直接RETURN到下一个链，即POSTROUTING链
-A ISTIO_OUTPUT -m owner --uid-owner 1337 -j RETURN -A ISTIO_OUTPUT -m owner
--gid-owner 1337 -j RETURN
16）POSTROUTING链处理完成后，根据路由表选择合适的网卡发送Outbound流量。
4.总结
Envoy的核心工作内容在于对业务透明的请求拦截，将所有进出流量进行管理。对拦截的请求进行一定的规则进行安全访问控制、接入控制、流量控制等诸多方面处理后，发送给应用程序。通过使用Envoy，可以使开发者专注于应用功能的开发，不用考虑复杂的网络通讯。
