云原生小课堂 | Envoy请求流程源码解析（一）：流量劫持

前言

Envoy 是一款面向 Service Mesh 的高性能网络代理服务。它与应用程序并行运行，通过以平台无关的方式提供通用功能来抽象网络。当基础架构中的所有服务流量都通过 Envoy 网格时，通过一致的可观测性，很容易地查看问题区域，调整整体性能。

Envoy也是istio的核心组件之一，以sidecar的方式与服务运行在一起，对服务的流量进行拦截转发，具有路由，流量控制等等强大特性。本系列文章，我们将不局限于istio，envoy的官方文档，从源码级别切入，分享Envoy启动、流量劫持、http请求处理流程的进阶应用实例，深度分析Envoy架构。

本篇将是Envoy请求流程源码解析的第一篇，主要分享Envoy的流量劫持。

边车模式

在Istio当中, envoy运行有两种模式，分别为边车模式和代理模式。

其中边车模式为通过 iptable 进行流量劫持

拦截模式

Istio 支持两种拦截模式：

REDIRECT：使用iptables的REDIRECT目标来拦截入站请求，转给Envoy，从Linux2.6.15的内核版本后，iptables开始支持状态跟踪(conntrack)，该功能依赖于netfilter的内核模块nf_conntrack。此后，iptables可以根据包的状态进行二次的过滤拦截和状态跟踪。它也是state/ctstate和nat的主要依赖模块。
TPROXY：使用iptables的TPROXY目标来拦截入站请求，tproxy 可以用于 inbound 流量的重定向，且无需改变报文中的目的 IP/端口，不需要执行连接跟踪，不会出现 conntrack 模块创建大量连接的问题。受限于内核版本，tproxy 应用于 outbound 存在一定缺陷。目前 Istio 支持通过 tproxy 处理 inbound 流量。

可以全局的设置默认拦截模式，也可以通过sidecar.istio.io/interceptionMode(http://sidecar.istio.io/interceptionMode): TPROXY 给某个工作负载单独设置。

无论采用哪种透明劫持方案，均需要解决获取真实目的 IP / 端口的问题，使用 iptables 方案通过 getsockopt 方式获取，tproxy 可以直接读取目的地址。

关于trpoxy

https://github.com/istio/istio/issues/5679

关于netfilter和conntrack

https://serverfault.com/questions/1030236/when-does-iptables-conntrack-module-track-states-of-packets

关于为什么istio考虑inbound支持tproxy模式

如果我们是服务端，那么 SYN 包到达的时候，在 POSTROUTING 链的 NAT 表执行过之后（可能做 DNAT 或者 REDIRECT），路由表将决定是 FORWARD 还是 INPUT ：

如果 INPUT ，那么 conntrack 记录就此生成，当回包的时候会首先根据 conntrack 作地址复原，并且是不会经过 OUTPUT/POSTROUTING 链 NAT 表的。
如果 FORWARD ，那么 conntrack 记录不会立即生成，需要经过 POSTROUTING 之后才知道是否做了 SNAT/MASQUERADE ，此时才会生成 conntrack 记录。当收到上游回包的时候，不会过 PREROUTING 的 NAT 表，而是直接根据 conntrack 复原为原始 IP 地址，然后直接 FORWARD->POSTROUTING（不会过 NAT 表）送回原始客户端。

目前 Istio 使用 iptables 实现透明劫持，由于需要借助于 conntrack 模块实现连接跟踪，在连接数较多的情况下，会造成较大的消耗，同时可能会造成 track 表满的情况，为了避免这个问题，业内有 ebpf 的加速方案，报文可以不过内核协议栈进行加速穿越

关于track表的限制的资料

https://www.cyberciti.biz/faq/ip_conntrack-table-ful-dropping-packet-error/

默认模式简介

进入sidecar的网络空间，这里介绍的是iptables redirect模式

可见出口都redirect到15001当中，入口流量都被劫持到15006端口

# Generated by iptables-save v1.6.1 on Mon Dec  6 11:33:15 2021
*nat
:PREROUTING ACCEPT [3402:234907]
:INPUT ACCEPT [3167:190128]
:OUTPUT ACCEPT [529:49526]
:POSTROUTING ACCEPT [529:49526]
:ISTIO_INBOUND - [0:0]
:ISTIO_IN_REDIRECT - [0:0]
:ISTIO_OUTPUT - [0:0]
:ISTIO_REDIRECT - [0:0]
-A PREROUTING -p tcp -j ISTIO_INBOUND
-A OUTPUT -p tcp -j ISTIO_OUTPUT
-A OUTPUT -p udp -m udp --dport 53 -m owner --uid-owner 1337 -j RETURN
-A OUTPUT -p udp -m udp --dport 53 -m owner --gid-owner 1337 -j RETURN
-A OUTPUT -d 10.96.0.10/32 -p udp -m udp --dport 53 -j REDIRECT --to-ports 15053
-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15008 -j RETURN
-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 22 -j RETURN
-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15090 -j RETURN
-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15021 -j RETURN
-A ISTIO_INBOUND -p tcp -m tcp --dport 15020 -j RETURN
-A ISTIO_INBOUND -p tcp -j ISTIO_IN_REDIRECT
-A ISTIO_IN_REDIRECT -p tcp -j REDIRECT --to-ports 15006
-A ISTIO_OUTPUT -s 127.0.0.6/32 -o lo -j RETURN
-A ISTIO_OUTPUT ! -d 127.0.0.1/32 -o lo -p tcp -m tcp ! --dport 53 -m owner --uid-owner 1337 -j ISTIO_IN_REDIRECT
-A ISTIO_OUTPUT -o lo -p tcp -m tcp ! --dport 53 -m owner ! --uid-owner 1337 -j RETURN
-A ISTIO_OUTPUT -m owner --uid-owner 1337 -j RETURN
-A ISTIO_OUTPUT ! -d 127.0.0.1/32 -o lo -m owner --gid-owner 1337 -j ISTIO_IN_REDIRECT
-A ISTIO_OUTPUT -o lo -p tcp -m tcp ! --dport 53 -m owner ! --gid-owner 1337 -j RETURN
-A ISTIO_OUTPUT -m owner --gid-owner 1337 -j RETURN
-A ISTIO_OUTPUT -d 10.96.0.10/32 -p tcp -m tcp --dport 53 -j REDIRECT --to-ports 15053
-A ISTIO_OUTPUT -d 127.0.0.1/32 -j RETURN
-A ISTIO_OUTPUT -j ISTIO_REDIRECT
-A ISTIO_REDIRECT -p tcp -j REDIRECT --to-ports 15001
COMMIT
# Completed on Mon Dec  6 11:33:15 2021

查看iptables规则（对iptables熟悉的小伙伴可以看到，除了截图的出口，入口流量的劫持，针对某些端口）

ip端口	方向	动作
`10.96.0.10`/53	出站	tcp/udp 都劫持到15053
15090	入站	不劫持
22	入站	不劫持
15020	入站	不劫持
15021	入站	不劫持

10.96.0.10为k8s环境中dns服务器地址（默认为coredns的svc ip）由istio获得填充

关于为什么iptable除了udp的53端口做拦截，对tcp的53也做了拦截

https://github.com/istio/istio/pull/27081/file为了支持 dns over tcp

15001和15006分开

https://github.com/istio/istio/pull/15713

除了其他一些针对特定uid用户的流量和lo口的return防止流量循环，iptable规则中还出现了个127.0.0.6的地址，这里做出简单解释，参见：https://github.com/istio/istio/issues/29603

关于inbound的设计文档

https://docs.google.com/document/d/1j-5_XpeMTnT9mV_8dbSOeU7rfH-5YNtN_JJFZ2mmQ_w/edit#heading=h.xw1gqgyqs5b

关于iptables

附iptables劫持图：

网关模式

网关模式并无 iptables 作流量劫持，listener 也并非虚拟 listener，敬请期待下一篇分析

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Envoy 是 Istio 中的 Sidecar 官方标配，是一个面向 Service Mesh 的高性能网络代理服务。

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参考文档

https://www.debuntu.org/how-to-redirecting-network-traffic-to-a-new-ip-using-iptables/
https://www.envoyproxy.io

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