部署模型

当您将 Istio 用于生产环境部署时，需要回答一系列的问题。网格将被限制在单个 集群 中还是分布在多个集群中？是将所有服务都放置在单个完全连接的网络中，还是需要网关来跨多个网络连接服务？是否存在单个控制平面（可能在集群之间共享），或者是否部署了多个控制平面以确保高可用（HA）？如果要部署多个集群（更具体地说是在隔离的网络中），是否要将它们连接到单个多集群服务网格中，还是将它们联合到一个 多网格 部署中？

所有这些问题，都代表了 Istio 部署的独立配置维度。

  • 单一或多个集群
  • 单一或多个网络
  • 单一或多控制平面
  • 单一或多个网格
    所有组合都是可能的，尽管某些组合比其他组合更常见，并且某些组合显然不是很有趣（例如，单一集群中有多个网格）。

在涉及多个集群的生产环境部署中，部署可能使用多种模式。例如，基于 3 个集群实现多控制平面的高可用部署，您可以通过使用单一控制平面部署 2 个集群，然后再添加第 3 个集群和第 2 个控制平面来实现这一点，最后，再将所有 3 个集群配置为共享 2 个控制平面，以确保所有集群都有 2 个控制源来确保 HA。

如何选择正确的部署模型，取决于您对隔离性、性能和 HA 的要求。本指南介绍了配置 Istio 部署时的各种选择和注意事项。

集群模型

应用程序的工作负载实例运行在一个或多个集群中。针对隔离性、性能和高可用的需求，您还可以将集群限制在可用区和地域中。

根据需求，生产系统可以跨多个集群（基于多可用区、多地域）运行，借助云负载均衡器来处理诸如本地、区域或地域性故障转移之类的问题。

大多数情况下，集群代表着配置和端点发现的边界。例如，每个 Kubernetes 集群都有一个 API 服务器，该服务器管理集群的配置，在 Pod 变化时提供 服务端点 信息。Kubernetes 在每个集群都默认配置此行为，这有助于限制由错误配置引起的潜在风险。

在 Istio 中，您可以配置单一服务网格以跨越任意数量的集群。

单一集群

在最简单的情况下，您可以将 Istio 网格限制为单一集群。集群通常在单一网络上运行，但是在不同的基础架构之间会有所不同。单一集群和单一网络模型包括一个控制平面，这是最简单的 Istio 部署。

单一集群服务网格

单一集群服务网格

单一集群部署提供了简单性，但缺少更多的功能，例如，故障隔离和故障转移。如果您需要高可用性，则应使用多个集群。

多集群

您可以将单个网格配置为包括多集群。在单一网格中使用多集群部署，与单一集群部署相比其具备以下更多能力：

  • 故障隔离和故障转移：当 cluster-1 下线，业务将转移至 cluster-2。
  • 位置感知路由和故障转移：将请求发送到最近的服务。
  • 多种控制平面模型：支持不同级别的可用性。
  • 团队或项目隔离：每个团队仅运行自己的集集群。

多集群服务网格

多集群服务网格

多集群部署可为您提供更大程度的隔离和可用性，但会增加复杂性。如果您的系统具有高可用性要求，则可能需要集群跨多个可用区和地域。对于应用变更或新的版本，您可以在一个集群中配置金丝雀发布，这有助于把对用户的影响降到最低。此外，如果某个集群有问题，您可以暂时将流量路由到附近的集群，直到解决该问题为止。

您可以根据网络和云提供商所支持的选项来配置集群间通信。例如，若两个集群位于同一基础网络，则可以通过简单地配置防火墙规则来启用跨集群通信。

网络模型

许多生产系统需要多个网络或子网来实现隔离和高可用性。Istio 支持跨多种网络拓扑扩展服务网格。这使您可以选择适合您现有网络拓扑的网络模型。

单一网络

在最简单的情况下，服务网格在单个完全连接的网络上运行。在单一网络模型中， 工作负载实例都可以直接相互访问，而无需 Istio 网关。

单一网络模型允许 Istio 以统一的方式在网格上配置服务使用者，从而能够直接处理工作负载实例。

单一网络服务网格

单一网络服务网格

多网络

您可以配置单个服务网格跨多个网络，这样的配置称为多网络。

多网络模型提供了单一网络之外的以下功能：

  • 服务端点范围的 IP 或 VIP 重叠
  • 跨越管理边界
  • 容错能力
  • 网络地址扩展
  • 符合网络分段要求的标准

在此模型中，不同网络中的工作负载实例只能通过一个或多个 Istio 网关相互访问。Istio 使用 分区服务发现 为消费者提供 服务端点 的不同视图。该视图取决于消费者的网络。

多网络服务网格

多网络服务网格

控制平面模型

Istio 网格使用控制平面来配置网格内工作负载实例之间的所有通信。您可以复制控制平面，工作负载实例可以连接到任何一个控制平面实例以获取其配置。

在最简单的情况下，可以在单一集群上使用控制平面运行网格。

单一控制平面服务网格

单一控制平面服务网格

多集群部署也可以共享控制平面实例。在这种情况下，控制平面实例可以驻留在一个或多个集群中。

跨两个集群共享控制平面的服务网格

跨两个集群共享控制平面的服务网格

为了获得高可用性，您应该在多个集群、区或地域之间部署控制平面。

每个地域都有控制平面实例的服务网格

每个地域都有控制平面实例的服务网格

该模型具有以下优点：

  • 更强的可用性：如果控制平面不可用，则中断范围仅限于该控制平面。

  • 配置隔离：您可以在一个集群、区域或地域中进行配置更改，而不会影响其他集群、区或或地域。

您可以通过故障转移来提高控制平面的可用性。当控制平面实例不可用时，工作负载实例可以连接到另一个可用的控制平面实例。故障转移可能发生在集群、区域或地域之间。

控制平面实例失败后的服务网格

控制平面实例失败后的服务网格

以下列表按可用性对控制平面部署进行了排名：

  • 每个地域一个集群（最低可用性）
  • 每个地域多个集群
  • 每个区域一个集群
  • 每个区域多个集群
  • 每个集群（最高可用性）

身份和信任模型

在服务网格中创建工作负载实例时，Istio 会为工作负载分配一个身份标识。

证书颁发机构（CA）创建并签名身份标识的证书，以用于验证网格中的使用者身份，您可以使用其公钥来验证消息发送者的身份。trust bundle 是一组在 Istio 网格使用的所有 CA 公钥的集合。使用 trust bundle 任何人都可以验证来自该网格的任何消息发送者。

网格内的信任

在单一 Istio 网格中，Istio 确保每个工作负载实例都有一个表示自己身份的适当证书，以及用于识别网格及网格联邦中所有身份信息的 trust bundle。CA 只为这些身份标识创建和签名证书。该模型允许网格中的工作负载实例通信时相互认证。

具有证书颁发机构的服务网格

具有证书颁发机构的服务网格

网格之间的信任

如果网格中的服务需要另一个网格中的服务，则必须在两个网格之间联合身份和信任。要在不同网格之间联合身份和信任，必须交换网格的 trust bundle。您可以使用像 SPIFFE 信任域联邦之类的协议手动或自动交换 trust bundle，将 trust bundle 导入网格后，即可为这些身份配置本地策略。

具有证书颁发机构的多服务网格

具有证书颁发机构的多服务网格

网格模型

Istio 支持将您的所有服务都放在一个服务网格中，或者将多个网格联合在一起，这也称为多网格。

单一网格

最简单的 Istio 部署是单一网格。网格内，服务名称是唯一的。例如，在命名空间 foo 中只能存在一个名为 mysvc 的服务。此外，工作负载实例具有相同的标识，因为服务帐户名称在命名空间中也是唯一的，就像服务名称一样。

单一网格可以跨越一个或多个集群和一个或多个网络。网格内部，命名空间用于多租户。

多网格

通过网格联邦可以实现多网格部署。

与单一网格相比，多网格具备以下更多功能：

  • 组织边界：业务范围
  • 服务名称或命名空间复用：比如 default 的使用
  • 加强隔离：将测试工作负载与生产工作负载隔离

您可以使用网格联邦启用网格间通信。联合时，每个网格可以公开一组服务和身份，它们可以被所有参与的网格都可以识别。

多服务网格

多服务网格

为避免服务命名冲突，可以为每个网格赋予全局唯一的 mesh ID，以确保每个服务的完全限定域名（FQDN）是不同的。

联合两个不共享同一信任域的网格时， 必须联合身份标识和它们之间的 trust bundles。有关概述请参考多信任域部分。

租户模型

在 Istio 中，租户是一组用户，它们共享对一组已部署工作负载的公共访问权限。通常，您可以通过网络配置和策略将工作负载实例与多个租户彼此隔离。

您可以配置租户模型以满足以下组织隔离要求：

  • 安全
  • 策略
  • 容量(Capacity)
  • 成本(Cost)
  • 性能

Istio 支持两种类型的租赁模型：

命名空间租赁

Istio 使用命名空间作为网格内的租赁单位。Istio 还可以在未实现命名空间租用的环境中使用。在这样的环境中，您可以授予团队权限，以仅允许其将工作负载部署到给定的或一组命名空间。默认情况下，来自多个租赁命名空间的服务可以相互通信。

具有两个隔离的命名空间的服务网格

具有两个隔离的命名空间的服务网格

为提高隔离性，您可以有选择地将部分服务公开给其他命名空间。您可以为公开服务配置授权策略，以将访问权限仅交给适当的调用者。

具有两个命名空间和一个公开服务的服务网格

具有两个命名空间和一个公开服务的服务网格

在多集群场景中，不同集群中名字相同的命名空间，被认为是相同的命名空间。例如，集群 cluster-1 中命名空间 foo 下的服务 Service B 与集群 cluster-2 中命名空间 foo 下的服务 Service B，指向的是相同的服务，Istio 会合并这些服务端点，用于服务发现和负载均衡。

具有相同命名空间的多集群服务网格

具有相同命名空间的多集群服务网格

集群租户模型

Istio 还支持使用集群作为租赁单位。在这种情况下，您可以为每个团队提供一个专用集群或一组集群来部署其工作负载。集群的权限通常仅限于拥有它的团队和成员。您可以设置各种角色以实现更精细的控制，例如：

  • 集群管理员
  • 开发者

要在 Istio 中使用集群租用，请将每个集群配置为一个独立的网格。或者，您可以使用 Istio 将一组集群实现为单一租户。然后，每个团队可以拥有一个或多个集群，但是您可以将所有集群配置为单一网格。要将各个团队的网格连接在一起，可以将网格联合成一个多网格部署。

具有两个集群和两个命名空间的隔离的服务网格

具有两个集群和两个命名空间的隔离的服务网格

由于每个网格都由不同的团队或组织来管理，因此服务命名不需要担心冲突。例如，集群 cluster-1 中命名空间 foo 下的服务 mysvc 与集群 cluster-2 中命名空间 foo 下的服务 mysvc，不是指相同的服务。最常见的示例是在 Kubernetes 中的场景，其中许多团队将其工作负载部署到 default 命名空间。

当每个团队都有自己的网格时，跨网格通信遵循多网格模型中描述的概念。

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