什么是服务网格？
提到服务网格(Service Mesh)，就必须先介绍一下微服务，根据维基百科的定义：微服务 (Microservices) 是一种软件架构风格，它是以专注于单一责任与功能的小型功能区块 (Small Building Blocks) 为基础，利用模块化的方式组合出复杂的大型应用程序，各功能区块使用与语言无关的 API 集相互通信。简单来说，服务网格(Service Mesh)是微服务架构中一种解决方案、一种实现方法，而服务网格这种解决方案可能又有不同的代码实现。在微服务架构中的解决方案大致可以分为两种Smart Client和Local Proxy，其中Local Proxy就是我们所说的服务网格，其中比较有代表性的实现有Istio、Linkerd、NginxMesh等；而Smart Client比较有代表性的实现有Dubbo、Spring Cloud、Thrift、Proxygen等。下面我们先介绍微服务领域中涉及到比较经典的两种方案，再来详细探讨我们本文的主题。
Smart Client通过抽象分布式系统中的各种语义，例如服务发现、负载均衡、服务熔断等，实现各种通用功能，避免了每个服务都自己去实现一套分布式系统的语义，使研发人员可以专注于业务逻辑开发，但是也是需要了解部分框架代码，没有百分百解耦。Smart Client一般是与业务代码强耦合的，以SDK的方式嵌入到了应用程序中，并且Smart Client的方案是与开发语言绑定的，如果换一种开发语言，那原本的Smart Client架构也就不能用了。微服务框架本身与业务程序完全揉到了一起，导致大大提高了业务维护的运维难度。
Local Proxy方案介绍
Local Proxy方案采用进程级别进行服务治理，利用进程隔离代理的方式，规避了Smart Client的语言相关以及应用耦合的问题，这一类方案就是服务网格(Service Mesh)，服务网格也是将分布式服务的通信部分抽象出来，和业务进程部署在一起，通过本地独立进程的方式，将业务应用的流量全部劫持到这个本地的独立进程上，接管服务的流量，而在这个进程中实现负载均衡、服务发现、认证授权、服务熔断等功能，William Morgan(Service Mesh)的发明者对服务网格的定义如下：“服务网格是一个基础设施层，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。”
ISTIO 介绍
上面我们有简单提到，Service Mesh中有众多的实现方案，其中最重要、最闪耀的无疑是Istio方案，下面我们介绍一下Istio以及Istio有哪些优缺点。Istio在架构上可分为“控制面”和“数据面”，其中数据面是由一组Sidecar组成，这些Sidecar是基于Envoy建立的，与业务进程同属于一个网络平面，接管所有业务进程的出入流量；而控制面负责管理和配置服务网格中的路由信息，将用户的配置下发到数据面，达到用户想要的效果，其中控制面分为Pilot、Citadel、Galley。Pilot负责流量管理、路由配置以及服务发现等；Citadel通过管理用户身份验证、证书和凭证管理来提供服务之间的安全通信；Galley负责配置管理、验证配置信息的格式以及内容的正确性。
Istio的优点在于功能齐全，与Kubernetes可以做到完美结合，在流量管理、请求路由、负载均衡、可观测性、安全校验等功能上都提供了完善的支持。但是在Sidecar下，每个pod都需要有一个Sidecar，可能造成代理数量过多和资源浪费，尤其在业务高峰期，会出现业务进程与Sidecar资源争抢的情况，服务之间互访至少需要经过两个Sidecar，也引入了额外的时延开销，流量劫持依赖iptables等手段，即使通过ebpf进行了优化，但是在减少应用层时延或者跨Node流量场景中也是爱莫能助的。另外Istio的上手成本高，Sidecar、istiod等组件还是与业务进程共存在一个平面中，每次的业务升级都会伴随着Sidecar的销毁以及重建，这要求业务研发人员想要使用到Istio服务，就必须去运维Kubernetes、Istio这一整个体系，而大多数业务场景中使用到的服务治理框架例如spring cloud、dubbo等也可以满足需求，缺乏足够的驱动力迁移Istio，门槛又相对较高，这就导致Istio在实际应用中落地还是比较少的。
阿里云集中式网关
针对上面Istio的Sidecar Per Pod方案的一些痛点，例如研发人员运维成本高、Sidecar带来的资源消耗和时延消耗等问题；业界也有一些方案进行优化，例如Sidecar Per Node方案，将Sidecar从Pod提取到Node上，同Node的网络访问直接通过协议栈Socket层进行转换，从而可以降低时延消耗。而我们基于Istio提出了一种集中式网关的处理方案(alibaba-centralized-mesh-gateway)，在集群中引入一个InternalGateway来承载东西向流量，Pod和Node上都卸载掉了Sidecar，避免了流量劫持这一步的损耗，Pod资源完全由业务应用独占，而InternalGateway可以独立部署以及集中式管理，与集群中所有的业务组件完全解耦，在升级运维的过程中，可将业务与网关集群完全剥离开，而InternalGateway通过多副本、多可用区部署等方式来保证高可用。
同样的，集中式网关也分为数据面和控制面，控制面的配置下发是基于Istio的pilot等组件，数据面是基于envoy、独立部署的一个网关集群。在集中式网关架构中，共有三个角色：Istiod、InternalGateway、InternalGateway Controller，其中Istiod的作用与在Istio中的一致，主要是负责watch用户配置，向转发平面(envoy)进行配置下发、安全验证、路由管理等操作，InternalGateway，用来做整个集群的东西向流量转发；InternalGateway Controller的作用是劫持集群内的Service服务，将流量Rewrite到InternalGateway上。
当用户使用virtual service、destination等对象创建路由规则时，Istiod和InternalGateway Controller会将watch到的对象分别进行分析，生成对应的配置，然后分别下发到envoy集中式网关和CoreDNS，当client pod发起对server pod的访问时，server的dns记录已经被rewrite到了集中式网关，因此流量无需经过pod上iptables、sidecar等路径，直接会将流量从协议栈发送到internalGateway，而internalGateway根据用户配置的路由规则、访问策略，对访问流量进行处理，然后发送到server pod上。
集中式网关使用指南
我们以计算机领域中经典的helloworld服务为例，介绍如何在Kubernetes集群中使用阿里巴巴集中式网关：首先我们在Kubernetes安装部署好集中式网关服务，集群中显示如下内容表示部署成功：
发起对HelloWorld Service的访问，可以看到，流量是经过internalGateway到达的HelloWorld Service通过上面简单的例子，我们可以看到，在一键部署集中式网关之后，用户只需要像之前一样创建Kubernetes或者Istio中的CRD等资源，就可以将服务应用部署起来。而且集中式网关的流量劫持不依赖iptables，不依赖Sidecar，因此不会出现数据报文多次经过内核协议栈，造成访问时延增大的情况。我们同样支持Istio的Sidecar模式无损迁移到InternalGateway，这里限于篇幅就不介绍了。
集中式网关优势
◆ 解耦业务和网络：允许网络的独立升级和运维，方便用户对网络进行托管服务；◆ 节省用户资源：不占用用户节点计算资源，多节点共享网关，进一步节省计算和网络资源；◆ 高性能低延迟：减少经过的Sidecar，去除了iptables这类流量劫持手段；◆ 降低运维负担：支持自动弹性，无需用户为每个Pod中的Sidecar规划资源；◆ 提供差异化特性：后续可以增强Envoy功能，提供差异化能力；
IN THE END
最后是对于Sidecar Per-Pod/Per-Node、Ambient Mesh、集中式网关这四种方案的特性对比。
