Les chaînes de filtres dans Envoy représentent les éléments fondamentaux permettant le traitement du trafic. Chaque listener (qui est un point d'écoute) se voit attribuer une chaîne de filtres, ce qui permet de modifier ou d'appliquer des politiques au trafic dans un ordre précis. Par exemple, les filtres HTTP définissent des règles de routage, modifient les en-têtes, ajoutent des erreurs pour tester la résilience du système, ou encore appliquent des politiques de limitation de débit. D'autres filtres, tels que les filtres TLS (Transport Layer Security), garantissent la sécurité des échanges en chiffrant et déchiffrant le trafic. Ils assurent, entre autres, la mise en œuvre de la communication sécurisée via TLS mutuel (mTLS).

Un exemple de configuration d'une chaîne de filtres intégrant à la fois des filtres HTTP et TLS démontre le pouvoir de cette approche. En combinant la gestion des connexions HTTP, la limitation de débit, la configuration des certificats TLS pour garantir une communication sécurisée, ainsi que des paramètres de gestion des connexions HTTP, cette configuration montre comment Envoy permet un contrôle détaillé sur l'acheminement et la sécurisation du trafic.

Un exemple spécifique de configuration pourrait ressembler à ceci :

yaml
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filter_chains:
  - filters:
      - name: envoy.filters.network.http_connection_manager
        typed_config:

          "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.network.http_connection_manager.v3.HttpConnectionManager

          codec_type: auto
          stat_prefix: ingress_http
          http_filters:
            - name: envoy.filters.http.ratelimit
              typed_config:
                "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.ratelimit.v3.RateLimit
                domain: envoy
                rate_limit_service:
                  grpc_service:
                    envoy_grpc:
                      cluster_name: rate_limit_cluster
            - name: envoy.filters.http.router
        transport_socket:
          name: envoy.transport_sockets.tls
          typed_config:
            "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.transport_sockets.tls.v3.DownstreamTlsContext
            common_tls_context:
              tls_certificates:
                - certificate_chain: {filename: "/etc/certs/cert.pem"}
                  private_key: {filename: "/etc/certs/key.pem"}

Dans cet exemple, on peut voir l'intégration des filtres HTTP pour gérer les requêtes, ainsi que des filtres TLS pour la sécurité des connexions. Cela permet une gestion fine et sécurisée des requêtes au sein de l’architecture Envoy.

Les clusters dans Envoy jouent également un rôle crucial dans la gestion du trafic. Un cluster est une unité logique qui regroupe plusieurs points de service en amont, qu’il s’agisse de microservices ou d’API externes. La découverte dynamique de services et le routage se basent sur les clusters. En cas de changement dans les services ou de besoins en scalabilité, Envoy ajuste dynamiquement les clusters grâce aux mises à jour en temps réel reçues d'Istiod. Cette gestion dynamique des points de service est essentielle pour garantir la flexibilité et la performance du système dans des environnements en constante évolution.

La gestion des connexions, via le connection pooling, optimise l’utilisation des ressources et réduit les coûts associés à l'établissement de nouvelles connexions pour chaque requête. Les vérifications périodiques de la santé des services permettent à Envoy de s'assurer que seules les instances saines reçoivent du trafic, améliorant ainsi la fiabilité globale du système. En cas de détection de problèmes, les instances défectueuses sont temporairement retirées du pool.

Un exemple de configuration de cluster avec ces fonctionnalités pourrait inclure des vérifications de santé, une gestion des échecs avec le circuit breaking, ainsi qu’une répartition de la charge sophistiquée :

yaml
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clusters:

  - name: service_cluster
    type: STRICT_DNS
    connect_timeout: 0.25s
    lb_policy: ROUND_ROBIN
    load_assignment:
      cluster_name: service_cluster
      endpoints:
        - lb_endpoints:
            - endpoint:
                address:
                  socket_address:
                    address: service.example.com
                    port_value: 80
    health_checks:
      - timeout: 1s
        interval: 5s
        unhealthy_threshold: 2
        healthy_threshold: 1
        http_health_check:
          path: "/health"
    circuit_breakers:
      thresholds:
        max_connections: 1000
        max_pending_requests: 1000
        max_requests: 1000
        max_retries: 3

Cette configuration montre comment Envoy peut gérer dynamiquement les connexions à différents services tout en appliquant des stratégies avancées de gestion des erreurs et de répartition de la charge.

Le routage dans Envoy, quant à lui, permet de définir comment les requêtes sont traitées une fois qu’elles atteignent un listener. Chaque route est composée de critères de correspondance (match) et d’actions associées. Ces critères peuvent inclure des en-têtes HTTP, des chemins, des paramètres de requête ou des méthodes HTTP. En fonction de ces critères, les requêtes peuvent être redirigées vers un service spécifique, rejetées ou traitées de manière particulière. Le système de routage d'Envoy permet de gérer des scénarios complexes tels que les déploiements en canary (versions limitées de services pour tests), la réécriture des chemins pour une meilleure compatibilité avec les structures des services en arrière-plan, et bien plus encore.

Envoy offre également des mécanismes de répartition de charge sophistiqués, utilisant des algorithmes comme le round-robin, le least-request (répartition vers l’instance avec le moins de requêtes actives), et le consistent hashing pour garantir l’affinité de session. Cela est crucial pour les applications nécessitant un état persistant, où chaque utilisateur doit interagir avec le même point de service. Le système intègre des vérifications de santé en temps réel pour s’assurer que le trafic est dirigé uniquement vers les instances saines, optimisant ainsi la disponibilité et la résilience du système.

Voici un exemple de configuration avancée de routage, illustrant la gestion du trafic en fonction des versions d’un service et la réécriture de chemins pour la compatibilité avec les API :

yaml
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route_config:

  name: local_route
  virtual_hosts:
    - name: backend
      domains: ["*"]
      routes:
        - match:
            prefix: "/api/v1"
            headers:
              - name: "version"
                exact_match: "beta"
          route:
            weighted_clusters:
              clusters:
                - name: service_v1
                  weight: 90
                - name: service_v2
                  weight: 10
        - match:
            path: "/legacy"
          route:
            prefix_rewrite: "/api/v2"
            cluster: new_backend
          timeout: 0.5s

En combinant ces différentes capacités, Envoy permet de gérer efficacement le trafic tout en assurant une grande flexibilité et une sécurité renforcée. Il est donc crucial pour les entreprises cherchant à optimiser la gestion de leurs services et à garantir la performance de leurs infrastructures réseau dans des environnements complexes.

Comment Istio gère la découverte des services et l'équilibrage de la charge : une approche pratique

Lorsqu'il s'agit de gérer la communication entre des microservices, Istio offre une solution robuste et flexible grâce à ses capacités avancées de gestion de trafic et de sécurité. Dans cet article, nous allons explorer la manière dont Istio intègre la découverte des services et l'équilibrage de la charge dans les environnements Kubernetes, en mettant en évidence la configuration requise pour tirer parti de ces fonctionnalités.

L'une des premières étapes pour assurer une communication fluide entre les services dans un maillage de services géré par Istio est la vérification de l'état des ressources déployées. Cela commence par une série de commandes de vérification de base dans Kubernetes. Par exemple, pour vérifier le déploiement des pods de ztunnel, la commande suivante permet de s'assurer que le ztunnel est bien déployé et fonctionne dans l'espace de noms approprié, comme dans l'exemple suivant :

bash
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kubectl get pods -n istio-system -l app=ztunnel

Cela nous permet de voir si tous les pods sont en bon état de fonctionnement. Il est également essentiel de vérifier la configuration de l'ambiance, notamment si les services dans le maillage sont bien configurés pour l'utilisation des proxies Waypoint, qui facilitent la gestion de la couche L7 (couche applicative). Dans cette optique, l'outil istioctl offre une commande qui fournit un état complet des proxies :

bash
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istioctl proxy-status

L’un des choix cruciaux pour la gestion de ce type d’architecture est de comprendre la différence fondamentale entre le mode sidecar et le mode ambiant. Le mode sidecar, plus traditionnel et détaillé, implique que chaque pod possède un proxy individuel, ce qui permet un contrôle fin, mais génère un coût important en termes de ressources. Le mode ambiant, en revanche, utilise une approche plus légère et économique, avec un proxy partagé ztunnel fonctionnant au niveau du nœud, ce qui permet de réduire la consommation de ressources tout en simplifiant la gestion des politiques de sécurité, comme mTLS, qui est appliqué au niveau des espaces de noms, plutôt qu'au niveau des pods individuels.

En ce qui concerne la gestion de la découverte des services et de l'équilibrage de la charge, Istio repose largement sur l'intégration avec Kubernetes et son mécanisme natif de découverte de services. Istio s'appuie sur Istiod, un composant clé qui permet de maintenir une vue d'ensemble précise du maillage en surveillant les changements dans l'API Kubernetes, notamment les déploiements de services, les points de terminaison et la santé des pods. Ce processus assure une mise à jour constante de la topologie réseau et une gestion dynamique des services.

Istiod joue un rôle crucial dans la mise à jour des proxies Envoy en temps quasi réel, garantissant que la configuration du routage reste correcte même lorsque des services sont ajoutés, mis à jour ou supprimés. L'exemple suivant montre comment Istio découvre un service déployé dans Kubernetes :

bash
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kubectl get endpoints backend -o yaml

Cette commande permet de vérifier que le service a bien été détecté par Istiod et est inscrit dans le registre des services.

En termes d'équilibrage de la charge, Istio utilise Envoy pour appliquer diverses stratégies, telles que l'équilibrage de charge round-robin, le routage vers l'instance avec le moins de connexions actives (least request), ou encore l'équilibrage de charge pondéré. Cela permet d'optimiser la répartition du trafic en fonction de la santé et de la disponibilité des services. L'outil VirtualService d'Istio permet de configurer l'équilibrage de charge de manière plus spécifique, en attribuant un poids à chaque instance de service, comme dans l'exemple suivant :

yaml
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apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: backend
spec:
  hosts:
    - backend.default.svc.cluster.local
  http:
    - route:
        - destination:
            host: backend.default.svc.cluster.local
            subset: v1
            port:
              number: 8080
            weight: 70
        - destination:
            host: backend.default.svc.cluster.local
            subset: v2
            port:
              number: 8080
            weight: 30

En résumé, Istio, par le biais de sa combinaison de mécanismes de découverte de services et d'équilibrage de charge, fournit une solution puissante pour gérer la communication entre les microservices dans un environnement Kubernetes. Le choix entre le mode sidecar et ambiant dépendra des priorités de l'équipe en termes de coût, de complexité et de contrôle sur le maillage. L'intégration transparente avec Kubernetes et l'utilisation des proxies Envoy assurent une gestion fluide du trafic et de la sécurité, rendant Istio indispensable pour de nombreuses architectures modernes de microservices.

Comment Istio permet-il d'étendre ses fonctionnalités avec WebAssembly et des filtres personnalisés ?

Istio repose sur deux plans fondamentaux pour permettre l’extension de ses fonctionnalités : le plan de données (data plane) et le plan de contrôle (control plane). Comprendre ces points d’extension est essentiel pour introduire un comportement sur mesure au sein du maillage de services.

Les capacités d’extension du plan de données incluent la modification des en-têtes HTTP, des méthodes ou des URLs, l’accès et la transformation du corps des requêtes et des réponses, l’ajout de métriques personnalisées et de journaux spécifiques, ou encore la mise en œuvre de logiques d’authentification ou d’autorisation non prises en charge nativement. Les modules peuvent également s’interfacer avec des services externes pour un enrichissement contextuel des traitements.

Du côté du plan de contrôle, Istio expose deux mécanismes principaux d’extension. Le premier repose sur la ressource EnvoyFilter, un objet de configuration très puissant permettant de modifier le comportement des proxys Envoy. Ce mécanisme autorise l’insertion de nouveaux filtres dans la chaîne, la modification des filtres existants, leur suppression si nécessaire, ainsi que la configuration des modules WebAssembly avec des paramètres sur mesure. Ces ajustements peuvent être appliqués de manière sélective, en fonction d’étiquettes de workloads, de ports spécifiques ou de règles de routage précises. La granularité de cette configuration permet une gouvernance extrêmement fine du maillage.

L’autre mécanisme réside dans l’utilisation des Custom Resource Definitions (CRDs), qui étendent l’API d’Istio en introduisant de nouveaux types de ressources dans l’espace de noms Kubernetes. Ils permettent de définir des schémas de configuration spécifiques aux extensions développées, de créer des APIs propres qui s’intègrent nativement au plan de contrôle d’Istio, et de gérer des exigences complexes via des ressources Kubernetes standard. Des contrôleurs personnalisés peuvent être mis en œuvre pour réagir dynamiquement à l’évolution de ces ressources.

L’union de ces mécanismes permet des personnalisations avancées. Il devient possible, par exemple, de définir un CRD pour spécifier la configuration d’un module WebAssembly, d’utiliser un EnvoyFilter pour l’injecter dans la chaîne de filtres au bon endroit, puis de confier au module le traitement logique désiré. Cette architecture respecte les impératifs de sécurité et de stabilité, tout en offrant la souplesse requise par des environnements hétérogènes.

WebAssembly (Wasm) a été intégré au modèle d’extensibilité d’Istio à partir de la version 1.5. Ce format binaire bas niveau est conçu pour une exécution rapide, proche du natif, tout en garantissant l’isolation mémoire dans un environnement sandboxé. Dans le contexte d’Istio, il permet de déployer des extensions personnalisées directement à l’intérieur du proxy Envoy, sans faire appel à des processus ou services externes, réduisant ainsi la latence et les points de défaillance.

L’intérêt de WebAssembly réside dans sa capacité à allier performance, sécurité et flexibilité. Le modèle d’isolation empêche toute compromission du proxy, et l’exécution in-situ élimine le surcoût du modèle antérieur basé sur Mixer. En outre, les développeurs peuvent coder ces extensions dans des langages compilables en WebAssembly, comme C++, qui reste aujourd’hui l’option la plus stable et documentée dans l’écosystème Istio.

Les cas d’usage sont nombreux et reflètent les exigences concrètes des organisations modernes. Pour la sécurité, certains environnements nécessitent une authentification complexe, comme la validation de jetons propriétaires contenant des métadonnées spécifiques. Ce type de validation doit impérativement être effectué au sein du mesh pour en garantir l’uniformité. Dans les secteurs soumis à la conformité réglementaire, les extensions permettent de capturer des détails précis sur les transactions, de les consigner dans des formats normalisés ou de vérifier la présence d’en-têtes obligatoires.

L’intégration avec les systèmes existants constitue un autre domaine clé. Dans les architectures hybrides, où coexistent microservices récents et systèmes patrimoniaux, les extensions facilitent la transformation de protocoles, l’ajout d’en-têtes spécifiques, ou la modification des schémas de requête pour assurer l’interopérabilité.

L’interface entre Envoy et WebAssembly est définie par la spécification Proxy-Wasm, qui décrit un ABI (Application Binary Interface) standardisé. Cette spécification assure une compatibilité entre les versions et les déploiements d’Istio. Chaque extension tourne dans un environnement isolé, ce qui garantit la sécurité mémoire et limite l’impact potentiel sur la stabilité du proxy.