Service Mesh 是什么
服务网格（ServiceMesh）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，服务网格保证请求在这些拓扑中可靠地穿梭。在实际应用当中，服务网格通常是由一系列轻量级的网络代理组成的，它们与应用程序部署在一起，但对应用程序透明。
典型的服务网格是在每台节点上同时运行着业务逻辑和代理，这个代理被形象地称为 Sidecar。服务之间通过 Sidecar 发现和调用目标服务。
只看单机代理组件和控制面板的服务网格全局部署视图如下，在服务之间形成一种网络状依赖关系，这也是服务网格如此形象命名的由来。
Service Mesh 模式演变
Sidecar 模式
典型的服务网格的核心是 Sidecar，Sidecar 本质上是一个服务代理，通过劫持发送到应用容器的流量从而实现对流量的控制，随着服务网格落地实践，Sidecar 的缺点也逐渐被暴露：
- 延迟问题：Sidecar 常规的做法是使用 iptbales 实现请求的拦截，在原本的请求链路中加入iptables和sidecar，必然导致延迟增加和性能损耗。
- 资源占用问题：Sidecar 作为一个独立的进程或容器必然会占用一定的系统资源，对于超大规模集群来说，巨大的基数使得 Sidecar 占用资源总量变成了不小的数目。同时，这类集群的网络通信拓扑也更加复杂，配置下发的规模也会让 Sidecar 占用的内存剧烈的增长。
- Sidecar升级问题：Sidecar伴生在服务进程或容器旁，每个服务进程或容器伴随着一个Sidecar，在超大规模集群下Sidecar升级变得特别困难。
Proxyless 模式
基于Sidecar模式存在的问题，Proxyless模式的核心就是把 Sidecar 去掉。
服务间总是要选择一种协议进行通信，就必然要依赖于该协议的类库（SDK）进行编解码工作。Proxyless 理念是将协议的类库扩展，使其具有流量控制的能力。且 SDK 和应用同属于同一进程，必然有更优秀的性能表现，Sidecar 最为诟病的延迟问题也会迎刃而解。
在这种模式中，服务网格核心的流控能力被集成在 gRPC 库中，不再使用代理进行数据面通信。但这种方案仍然需要一个 Agent 进行初始化并与控制平面交互。
例如 Istio 官方博客发表的一篇基于 gRPC 实现的 Proxyless 方案。
这个方案下，所谓 Proxyless 其实和传统的 SDK 并无二致，只是将流控能力内嵌到负责通信协议的类库中，因此它具有和传统 SDK 服务框架相同的缺点，也正因为如此，业内很多人认为 Proxyless 本质上是一种倒退，是回归到传统的方式去解决服务通信的问题。
Ambient Mesh 模式
2022 年 9 月 Istio 发布了一个名为 “Ambient Mesh” 的数据平面模型。Ambient Mesh 使用了共享代理而不是 Sidecar，简单地讲就是将数据面的代理从应用 Pod 中剥离出来独立部署，以彻底解决 mesh 基础设施和应用部署耦合的问题。
在之前的模式中，Istio 在单一的架构组件 sidecar 中实现了从基本的加密到高级的 L7 策略的所有数据平面功能。Ambient mesh 则将 Istio 的功能分成两个不同的层次。在底层，有一个 安全覆盖层（ztunnel） 来处理流量的路由和零信任安全。在这之上，当需要时，用户可以通过启用 L7 处理（waypoint） 来获得 Istio 的全部能力。L7 处理模式虽然比安全覆盖层更重，但仍然作为基础设施的一个 ambient 组件运行，不需要对应用 pod 进行修改。
Ztunnel 实现了一个服务网格的核心功能：零信任。当为一个 namespace 启用 ambient 时，Istio 会创建一个安全覆盖层(secure overlay)，该安全覆盖层为工作负载提供 mTLS, 遥测和认证，以及 L4 权限控制，并不需要中断 HTTP 链接或者解析 HTTP 数据。
在启用 ambient mesh 并创建安全覆盖层后，一个 namepace 也可以配置使用 L7 的相关特性。这样可以在一个 namespae 中提供完整的 Istio 功能，包括 Virtual Service API、L7 遥测 和 L7授权策略。以这种模式运行的 namespace 使用一个或多个基于 Envoy 的 waypoint proxy（waypoint 意味路径上的一个点） 来为工作负载进行 L7 处理。Istio 控制平面会配置集群中的 ztunnel，将所有需要进行 L7 处理的流量发送到 waypoint proxy。
Sidecarless 模式
2022 年 Cilium 基于 eBPF 技术发布了具有服务网格能力的产品。
Cilium 的服务网格产品提供了两种模式，对于 L3/L4 层的能力直接由 eBPF 支持，L7 层能力由一个公共的代理负责，以 DaemonSet 方式部署。
基于 eBPF 的服务网格在设计思路上其实和 Proxyless 类似，即找到一个非 Sidecar 的地方去实现流量控制能力，它们一个是基于通信协议类库，一个是基于内核的扩展性。eBPF 通过内核层面提供的可扩展能力，在流量经过内核时实现了控制、安全和观察的能力，从而构建出一种新形态的服务网格。
istio 技术架构
Istio 是由 Google、IBM、Lyft 等共同开源的 Service Mesh（服务网格）框架，于2017年初开始进入大众视野，作为云原生时代下承 Kubernetes、上接 Serverless 架构的重要基础设施层，地位至关重要。
Istio 服务网格从逻辑上分为 数据平面 和 控制平面。
-
数据平面通常采用轻量级的代理（例如 Envoy）作为 Sidecar，这些代理负责协调和控制服务之间的通信和流量处理。
-
控制平面负责配置和管理数据平面，并提供服务发现、智能路由、流量控制、安全控制等功能。
下图展示了组成每个平面的不同组件：
数据平面组件：
Istio 使用 Envoy 代理的扩展版本，该代理是以 C++ 开发的高性能代理，用于调解服务网格中所有服务的所有入站和出站流量。
Envoy 代理被部署为服务的 sidecar，在逻辑上为服务增加了 Envoy 的许多内置特性，例如:
- 动态服务发现
- 负载均衡
- TLS 终端
- HTTP/2 与 gRPC 代理
- 熔断器
- 健康检查
- 基于百分比流量分割的分阶段发布
- 故障注入
- 丰富的指标
这种 Sidecar 部署允许 Istio 可以执行策略决策，并提取丰富的遥测数据， 接着将这些数据发送到监视系统以提供有关整个网格行为的信息。
Sidecar 代理模型还允许您向现有的部署添加 Istio 功能，而不需要重新设计架构或重写代码。
由 Envoy 代理启用的一些 Istio 的功能和任务包括：
- 流量控制功能：通过丰富的 HTTP、gRPC、WebSocket 和 TCP 流量路由规则来执行细粒度的流量控制。
- 网络弹性特性：重试设置、故障转移、熔断器和故障注入。
- 安全性和身份认证特性：执行安全性策略，并强制实行通过配置 API 定义的访问控制和速率限制。
- 基于 WebAssembly 的可插拔扩展模型，允许通过自定义策略执行和生成网格流量的遥测。
控制平面组件
控制平面组件 Istiod 提供服务发现、配置和证书管理，包含3个部分：
Pilot：从上（如 Kubernetes）获取服务信息，完成服务发现，往下（Proxy）下发流量管理以及路由规则等 xDS 配置，驱动数据面按照规则实现流量管控（A/B测试、灰度发布）、弹性（超时、重试、熔断）、调试（故障注入、流量镜像）等功能。Citadel：充当证书颁发机构（CA），负责身份认证和证书管理，可提供服务间和终端用户的身份认证，实现数据平面内安全的 mTLS 通信。Galley：负责将其他 Istio 组件和底层平台（Kubernetes）进行解耦，负责配置获取、处理和分发组件。
