Istio多集群(1)-多控制面
- 2020 年 10 月 15 日
- 笔记
- istio, Kubernetes
Istio多集群(1)-多控制面
参考自官方文档。
复制控制面
本节将使用多个主集群(带控制面的集群)来部署Istio多集群，每个集群都有自己的控制面，集群之间使用gateway进行通信。
由于不使用共享的控制面来管理网格，因此这种配置下，每个集群都有自己的控制面来管理后端应用。为了策略执行和安全目的，所有的群集都处于一个公共的管理控制之下。
通过复制共享服务和命名空间，并在所有集群中使用一个公共的根CA证书，可以实现单个Istio服务网格跨集群通信。
要求
- 两个或多个kubernees集群，版本为1.17，1.18，1.19
- 在每个kubernetes集群上部署Istio控制面
- 每个集群中的
istio-ingressgateway的服务IP地址必须能够被所有的集群访问，理想情况下，使用L4网络负载平衡器（NLB）。 - 根CA。跨集群通信需要在服务之间使用mutual TLS。为了在跨集群通信时启用mutual TLS，每个集群的Istio CA必须配置使用共享的CA证书生成的中间CA。出于演示目的，将会使用Istio的
samples/certs安装目录下的根CA证书。
在每个集群中部署Istio控制面
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使用自定义的根CA为每个集群生成中间CA证书，使用共享的根CA来为跨集群的通信启用mutual TLS。
出于演示目的，下面使用了istio样例目录中的证书。在真实部署时，应该为每个集群选择不同的CA证书，这些证书由一个共同的根CA签发。
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在每个集群中运行如下命令来为所有集群部署相同的Istio控制面。
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为生成的CA创建一个kubernetes secret。它与在Istio中插入自定义的CA一文中的方式类似。
生产中不能使用samples 目录中的证书，有安全风险。
$ kubectl create namespace istio-system $ kubectl create secret generic cacerts -n istio-system \ --from-file=samples/certs/ca-cert.pem \ --from-file=samples/certs/ca-key.pem \ --from-file=samples/certs/root-cert.pem \ --from-file=samples/certs/cert-chain.pem -
部署Istio，部署后会在
istio-system命名空间中创建一个podistiocoredns，用于提供到global域的DNS解析，其配置文件如下：# cat Corefile .:53 { errors health # Removed support for the proxy plugin: //coredns.io/2019/03/03/coredns-1.4.0-release/ grpc global 127.0.0.1:8053 forward . /etc/resolv.conf { except global } prometheus :9153 cache 30 reload }$ istioctl install -f manifests/examples/multicluster/values-istio-multicluster-gateways.yaml
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配置DNS
当为远端集群中的服务提供DNS解析时，现有应用程序无需修改即可运行，因为应用程序通常会访问通过DNS解析出的IP。Istio本身并不需要DNS在服务之间路由请求。本地服务会共享一个共同的DNS前缀(即，svc.cluster.local)。kubernetes DNS为这些服务提供了DNS解析。
为了给远端集群提供一个类似的服务配置，需要使用格式<name>.<namespace>.global来命名远端集群中的服务。Istio附带了一个Core DNS服务，可以为这些服务提供DNS解析。为了使用该DNS，kubernetes的DNS必须配置为.global的域名存根。
在每个需要调用远程的服务的集群中创建或更新一个现有的k8s的ConfigMap，本环境中使用的coredns为1.7.0版本，使用的配置文件如下：
注意不能直接采用官方配置文件，可能会因为不同版本的配置原因导致k8s的coredns无法正常启动。正确做法是在kube-system命名空间下获取k8s coredns的configmap配置，然后在后面追加global域有关的配置即可。
另外使用如下命令apply之后，k8s的coredns可能并不会生效，可以手动重启k8s的dns pod来使其生效。注意如下配置需要在cluster1和cluster2中同时生效。
kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: coredns
namespace: kube-system
data:
Corefile: |
.:53 { #k8s的coredns的原始配置
errors
health {
lameduck 5s
}
ready
kubernetes cluster.local in-addr.arpa ip6.arpa {
pods insecure
fallthrough in-addr.arpa ip6.arpa
ttl 30
}
prometheus :9153
forward . /etc/resolv.conf {
max_concurrent 1000
}
cache 30
loop
reload
loadbalance
}
global:53 { #新增了对global的解析，将其转发到istio-system下面的istiocoredns服务，即上面istio创建的coredns
errors
cache 30
forward . $(kubectl get svc -n istio-system istiocoredns -o jsonpath={.spec.clusterIP}):53
}
EOF
在创建第4步的serviceEntry之后可以使用如下方式判断cluster1的DNS解析是否正确：
首先在cluster1中的sleep容器中通过istio的coredns解析
httpbin.bar.global，10.96.199.197为istio的coredns的service# nslookup -type=a httpbin.bar.global 10.96.199.197 Server: 10.96.199.197 Address: 10.96.199.197:53 Name: httpbin.bar.global Address: 240.0.0.2 #解析成功在cluster1中的sleep容器中通过k8s的coredns解析
httpbin.bar.global，10.96.0.10为k8s的coredns的service，可以看到k8s的coredns将httpbin.bar.global的解析转发给了istio的coredns，并且解析成功。# nslookup -type=a httpbin.bar.global 10.96.0.10 Server: 10.96.0.10 Address: 10.96.0.10:53 Name: httpbin.bar.global Address: 240.0.0.2 #解析成功DNS的解析路径为：sleep容器的/etc/resolv.conf–>k8s coredns–>istio coredns–>istio-coredns-plugin
istio-coredns-plugin是istio的CoreDNS gRPC插件，用于从Istio
ServiceEntries中提供DNS记录。(注：该插件将集成到Istio 1.8的sidecar中，后续将会被废弃)可以在istio-coredns-plugin的log日志中查看到对global域的操作：
# crictl inspect e8d3f73c4d38d|grep "logPath" "logPath": "/var/log/pods/istio-system_istiocoredns-75dd7c7dc8-cg55l_8c960b74-419c-44e8-8992-58293e36d6fd/istio-coredns-plugin/0.log"例如该插件会读取下面创建的到
httpbin.bar.global的ServiceEntries，并将其做DNS映射：... info Reading service entries at 2020-10-09 17:53:38.710306063 +0000 UTC m=+19500.216843506 ... info Have 1 service entries ... info adding DNS mapping: httpbin.bar.global.->[240.0.0.2]
配置应用服务
一个集群中的服务如果需要被远端集群访问，就需要在远端集群中配置一个ServiceEntry。service entry使用的host格式为<name>.<namespace>.global，name和namespace分别对应服务的name和namespace。
为了演示跨集群访问，在一个集群中配置sleep服务，使用该服务访问另一个集群中的httpbin服务。
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选择两个Istio集群，分别为
cluster1和cluster2 -
使用如下命令列出集群的上下文：
# kubectl config get-contexts CURRENT NAME CLUSTER AUTHINFO NAMESPACE * kind-cluster1 kind-cluster1 kind-cluster1 kind-cluster2 kind-cluster2 kind-cluster2 -
使用环境变量保存集群的上下文名称：
# export CTX_CLUSTER1=$(kubectl config view -o jsonpath='{.contexts[0].name}') # export CTX_CLUSTER2=$(kubectl config view -o jsonpath='{.contexts[1].name}') # echo "CTX_CLUSTER1 = ${CTX_CLUSTER1}, CTX_CLUSTER2 = ${CTX_CLUSTER2}" CTX_CLUSTER1 = kind-cluster1, CTX_CLUSTER2 = kind-cluster2
配置用例服务
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在
cluster1集群中部署sleep应用$ kubectl create --context=$CTX_CLUSTER1 namespace foo $ kubectl label --context=$CTX_CLUSTER1 namespace foo istio-injection=enabled $ kubectl apply --context=$CTX_CLUSTER1 -n foo -f samples/sleep/sleep.yaml $ export SLEEP_POD=$(kubectl get --context=$CTX_CLUSTER1 -n foo pod -l app=sleep -o jsonpath={.items..metadata.name}) -
在
cluster2集群中部署httpbin应用$ kubectl create --context=$CTX_CLUSTER2 namespace bar $ kubectl label --context=$CTX_CLUSTER2 namespace bar istio-injection=enabled $ kubectl apply --context=$CTX_CLUSTER2 -n bar -f samples/httpbin/httpbin.yaml -
暴露
cluster2的网关地址本地部署的kubernetes由于没有loadBalancer，因此使用nodeport方式(如果使用kind部署kubernetes，此时需要手动修改service istio-ingressgateway的nodeport，使其与kind暴露的端口一致)。
export INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system --context=$CTX_CLUSTER2 get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="http2")].nodePort}')INGRESS_HOST的获取方式如下：
export INGRESS_HOST=$(kubectl --context=$CTX_CLUSTER2 get po -l istio=ingressgateway -n istio-system -o jsonpath='{.items[0].status.hostIP}') -
为了允许
cluster1中的sleep访问cluster2中的httpbin，需要在cluster1中为httpbin创建一个service entry。service entry的host名称的格式应该为<name>.<namespace>.global，name和namespace分别对应远端服务的name和namespace。为了让DNS解析
.global域下的服务，需要给这些服务分配虚拟IP地址。每个.global DNS域下的服务都必须在集群中拥有唯一的虚拟IP。
如果global服务已经有了实际的VIPs，那么可以直接使用这类地址，否则建议使用范围为240.0.0.0/4的E类IP地址。应用使用这些IP处理流量时，流量会被sidecar捕获，并路由到合适的远端服务。
不能使用多播地址(224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)，因为默认情况下不会有到达这些地址的路由。同时也不能使用环回地址(127.0.0.0/8)，因为发往该地址的流量会被重定向到sidecar的inbound listener。
$ kubectl apply --context=$CTX_CLUSTER1 -n foo -f - <<EOF apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3 kind: ServiceEntry metadata: name: httpbin-bar spec: hosts: #外部服务的主机名 # must be of form name.namespace.global - httpbin.bar.global # Treat remote cluster services as part of the service mesh # as all clusters in the service mesh share the same root of trust. location: MESH_INTERNAL #标注为网格内的服务，使用mTLS交互 ports: # 对端bar服务的端口 - name: http1 number: 8000 protocol: http resolution: DNS #使用DNS服务器进行域名解析，endpoints的address字段可能是一个域名 addresses: # 下面指定了httpbin.bar.global:8000服务对应的一个后端${INGRESS_HOST}:30615 # the IP address to which httpbin.bar.global will resolve to # must be unique for each remote service, within a given cluster. # This address need not be routable. Traffic for this IP will be captured # by the sidecar and routed appropriately. - 240.0.0.2 # host对应的虚拟地址，必须包含，否则istio-coredns-plugin无法进行DNS解析 endpoints: # This is the routable address of the ingress gateway in cluster2 that # sits in front of sleep.foo service. Traffic from the sidecar will be # routed to this address. - address: ${INGRESS_HOST} # 将其替换为对应的node地址值即可 ports: http1: 30001 # 替换为对应的nodeport EOF由于使用了nodeport方式，因此需要使用容器15443端口对应的nodeport端口，使用如下方式获取：
# kubectl --context=$CTX_CLUSTER2 get svc -n istio-system istio-ingressgateway -o=jsonpath='{.spec.ports[?(@.port==15443)].nodePort}' 30001上述配置会将
cluster1中httpbin.bar.global服务的所有端口上的流量(通过mutual TLS)路由到$INGRESS_HOST:15443。网关的15443端口是一个感知SNI的Envoy配置，在安装Istio控制面时部署。到达15443端口的流量会在目标集群的内部服务的pod上进行负载均衡(即
cluster2的httpbin.bar)。下面是从cluster1的sleep中导出的istio-proxy配置，可以看到
httpbin.bar.global的后端为172.18.0.5:30615,即$INGRESS_HOST:$NODE_PORT"cluster": { "load_assignment": { "cluster_name": "outbound|8000||httpbin.bar.global", "endpoints": [ { "locality": {}, "lb_endpoints": [ { "endpoint": { "address": { "socket_address": { "address": "172.18.0.4", "port_value": 30001 } } }, "load_balancing_weight": 1 } ], "load_balancing_weight": 1 } ] }, ... },对应的路由如下，可以看到240.0.0.2只是作为了SNI的一种，将匹配到的请求转发给上面的
"cluster": "outbound|8000||httpbin.bar.global"进行处理："route_config": { "@type": "type.googleapis.com/envoy.config.route.v3.RouteConfiguration", "name": "8000", "virtual_hosts": [ ... { "name": "httpbin.bar.global:8000", "domains": [ "httpbin.bar.global", "httpbin.bar.global:8000", "240.0.0.2", "240.0.0.2:8000" ], "routes": [ { "match": { "prefix": "/" }, "route": { "cluster": "outbound|8000||httpbin.bar.global", ... },另外需要注意的是cluster1和cluster2都使用了一个Gateway和DestinationRule，对从sleep到httpbin的
*.global域的请求使用mTLS进行加密，并在网关上使用AUTO_PASSTHROUGH模式，此模式会根据SNI将请求直接转发给后端应用，无需virtualservice进行绑定。apiVersion: networking.istio.io/v1beta1 kind: Gateway spec: selector: istio: ingressgateway servers: - hosts: - '*.global' port: name: tls number: 15443 protocol: TLS tls: mode: AUTO_PASSTHROUGH apiVersion: networking.istio.io/v1beta1 kind: DestinationRule spec: host: '*.global' trafficPolicy: tls: mode: ISTIO_MUTUAL -
校验可以通过sleep服务访问httpbin服务。
# kubectl exec --context=$CTX_CLUSTER1 $SLEEP_POD -n foo -c sleep -- curl -I httpbin.bar.global:8000/headers HTTP/1.1 200 OK server: envoy date: Wed, 14 Oct 2020 22:44:00 GMT content-type: application/json content-length: 554 access-control-allow-origin: * access-control-allow-credentials: true x-envoy-upstream-service-time: 8在官方文档中使用如上命令即可在cluster1的sleep Pod中访问cluster2的httpbin服务。但从上面分析可以看到，当SNI为
httpbin.bar.global的请求到达cluster2的ingress pod上时，它会按照k8s的coredns配置将该请求转发到istio的coredns进行解析，但cluster2并没有配置httpbin.bar.global对应的serviceentry，因此，istio的coredns也无法解析该dns，返回503错误。在cluster2的istio-coredns-plugin容器的日志中可以找到如下信息：... info Query A record: httpbin.bar.global.->{httpbin.bar.global. 1 1} ... info Could not find the service requested ... info DNS query ;; opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 64168在cluster2中创建如下serviceentry：
$ kubectl apply --context=$CTX_CLUSTER2 -n bar -f - <<EOF apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3 kind: ServiceEntry metadata: name: httpbin-bar spec: hosts: - httpbin.bar.global location: MESH_INTERNAL ports: - name: http1 number: 8000 protocol: http resolution: DNS addresses: - 240.0.0.3 endpoints: - address: httpbin.bar.svc.cluster.local #httpbin的k8s service EOFhttpbin生成的cluster如下，可以看到后端地址为
httpbin.bar.svc.cluster.local，直接通过k8s的DNS即可解析该地址。"cluster": { "@type": "type.googleapis.com/envoy.config.cluster.v3.Cluster", "name": "outbound|8000||httpbin.bar.global", "type": "STRICT_DNS", ... "load_assignment": { "cluster_name": "outbound|8000||httpbin.bar.global", "endpoints": [ { "locality": {}, "lb_endpoints": [ { "endpoint": { "address": { "socket_address": { "address": "httpbin.bar.svc.cluster.local", "port_value": 8000 } } }, "load_balancing_weight": 1 } ], "load_balancing_weight": 1 } ] }, ... },在cluster2中创建一个
sleeppod，并在该pod中访问cluster2的bar命名空间下的httpbin服务，可以看到访问成功：# curl -I httpbin.bar.global:8000/headers HTTP/1.1 200 OK server: envoy date: Sat, 10 Oct 2020 12:40:23 GMT content-type: application/json content-length: 554 access-control-allow-origin: * access-control-allow-credentials: true x-envoy-upstream-service-time: 206在cluster2的ingress pod中导出与15443端口有关的listeners配置如下，可以看到AUTO_PASSTHROUGH模式下的listener并没有通过
route_config_name指定到达cluster的路由(不需要通过virtualservice进行服务映射)，仅通过SNI进行请求转发。"dynamic_listeners": [ { "name": "0.0.0.0_15443", "active_state": { "version_info": "2020-10-14T19:52:24Z/14", "listener": { "@type": "type.googleapis.com/envoy.config.listener.v3.Listener", "name": "0.0.0.0_15443", "address": { "socket_address": { "address": "0.0.0.0", "port_value": 15443 } }, "filter_chains": [ { "filter_chain_match": { "server_names": [ "*.global" ] }, "filters": [ ... { "name": "istio.stats", ... }, { "name": "envoy.filters.network.tcp_proxy", "typed_config": { "@type": "type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.network.tcp_proxy.v3.TcpProxy", "stat_prefix": "BlackHoleCluster", "cluster": "BlackHoleCluster" } } ] } ], "listener_filters": [ { ... ], "traffic_direction": "OUTBOUND" }, "last_updated": "2020-10-14T19:53:22.089Z" } } ]
卸载
$ kubectl delete --context=$CTX_CLUSTER1 -n foo -f samples/sleep/sleep.yaml
$ kubectl delete --context=$CTX_CLUSTER1 -n foo serviceentry httpbin-bar
$ kubectl delete --context=$CTX_CLUSTER1 ns foo
$ kubectl delete --context=$CTX_CLUSTER2 -n bar -f samples/httpbin/httpbin.yaml
$ kubectl delete --context=$CTX_CLUSTER2 ns bar
$ unset SLEEP_POD CLUSTER2_GW_ADDR CLUSTER1_EGW_ADDR CTX_CLUSTER1 CTX_CLUSTER2
FAQ
-
cluster1和cluster2通信时，需要保证cluster1和cluster2的根证书是相同的。可以通过对比cluster1的sleep和cluster2的httpbin导出的istio sidecar的如下ROOTCA证书配置来判断是否一致。可能发生证书不一致的原因是
- 先创建istio，后创建
cacerts根证书 - 重建istio时，没有删除之前错误的istio-system命名空间下的老的证书
- 重建istio后，没有清理foo或bar命名空间下的pod，secret资源。
因此在重建istio前，务必删除istio-system和foo/bar命名空间下的所有资源
"dynamic_active_secrets": [ { "name": "default", "secret": { "@type": "type.googleapis.com/envoy.extensions.transport_sockets.tls.v3.Secret", "name": "default", ... } }, { "name": "ROOTCA", "secret": { "@type": "type.googleapis.com/envoy.extensions.transport_sockets.tls.v3.Secret", "name": "ROOTCA", "validation_context": { "trusted_ca": { "inline_bytes": "LS0tLxxx=" } } } } ]参考：
- 先创建istio，后创建
-
Using CoreDNS to Conceal Network Identities of Services in Istio
